JP2008218034A - Fuel cell system and method of controlling the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress drop in the detecting accuracy of a pressure sensor when the amount of fuel supplied from an on-off valve is increased, in a fuel cell system having the on-off valve changing the supply state of fuel gas and a pressure sensor detecting a pressure value on the downstream side of the on-off valve. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10; a fuel supply passage 31 supplying fuel gas supplied from a fuel supply source 30 to the fuel cell 10; an on-off valve 35 supplying gas on the upstream side of the fuel supply passage 31 to the down stream side after adjusting a gas state; a pressure sensor 43 detecting a pressure value of fuel gas on the downstream side of the on-off valve in the fuel supply passage 31; and a control means 4 controlling the on-off valve 35 based on pressure values detected with the pressure sensor 43. The control means 4 increases the driving period of the on-off valve 35 when the amount of fuel gas supplying from the on-off valve 35 to the fuel cell 10 is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.

従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられており、燃料供給流路には、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力を一定の値まで低減させる調圧弁（レギュレータ）が設けられるのが一般的である。   2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. Such a fuel cell system is provided with a fuel supply passage for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell. Generally, a pressure regulating valve (regulator) that reduces the supply pressure of the fuel gas to a certain value is provided.

また、現在においては、燃料ガスの供給状態（供給量・供給圧力等）を変化させる開閉弁を燃料供給流路に設けることにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給状態を変化させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３０２５６３号公報 In addition, at present, a technology for changing the fuel gas supply state according to the operating state of the system by providing an open / close valve in the fuel supply flow path to change the fuel gas supply state (supply amount, supply pressure, etc.). Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-302563 A

ところで、前記した特許文献１に記載されたような従来の燃料電池システムにおいては、開閉弁の下流側に圧力センサを配置し、この圧力センサを用いて、開閉弁の閉鎖時における開閉弁下流側の圧力を検出し、この検出値に基づいて開閉弁の開閉動作を制御していた。かかる従来の燃料電池システムにおいては、例えばトラクションモータ等の負荷装置からの発電要求が大きくなること等に起因して開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が多くなると、開閉弁下流側における燃料ガスの圧力脈動が収束し難くなり、この結果、圧力センサによる圧力値の検出精度が低下してしまう、という問題があった。   By the way, in the conventional fuel cell system as described in Patent Document 1 described above, a pressure sensor is disposed on the downstream side of the on-off valve, and this pressure sensor is used to downstream the on-off valve when the on-off valve is closed. And the opening / closing operation of the opening / closing valve is controlled based on the detected value. In such a conventional fuel cell system, when the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell increases due to, for example, an increase in power generation demand from a load device such as a traction motor, on the downstream side of the on / off valve There is a problem that the pressure pulsation of the fuel gas is difficult to converge, and as a result, the detection accuracy of the pressure value by the pressure sensor is lowered.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁からの燃料供給量増大時における圧力センサの検出精度低下を抑制することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a fuel cell having an on-off valve that changes the supply state of fuel gas and a pressure sensor that detects a pressure value of the fuel gas on the downstream side of the on-off valve. An object of the system is to suppress a decrease in detection accuracy of a pressure sensor when an amount of fuel supplied from an on-off valve is increased.

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、燃料供給流路内の開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、制御手段は、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an upstream of the fuel supply channel. An on-off valve that adjusts the gas state on the side and supplies the gas downstream, a pressure sensor that detects a pressure value of the fuel gas on the downstream side of the on-off valve in the fuel supply flow path, and a pressure value detected by the pressure sensor And a control means for controlling the on-off valve, wherein the control means opens and closes the on-off valve when the amount of fuel gas supplied from the on-off valve to the fuel cell is below a predetermined threshold value. Is controlled in the first driving cycle, and when the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell exceeds a predetermined threshold, the opening / closing operation of the on / off valve is made longer than the first driving cycle. It is controlled by the period.

前記燃料電池システムにおいて、燃料電池における発電量が所定の閾値以下である場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下であるとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、燃料電池における発電量が所定の閾値を超える場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超えるものとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する制御手段を採用することができる。   In the fuel cell system, when the power generation amount in the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold value (assuming that the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell is equal to or less than the predetermined threshold value), On the other hand, when the power generation amount in the fuel cell exceeds a predetermined threshold value, the opening / closing operation of the on-off valve is performed (assuming that the amount of fuel gas supplied from the on-off valve to the fuel cell exceeds the predetermined threshold value). It is possible to employ a control means that controls the second driving cycle longer than the first driving cycle.

また、前記燃料電池システムにおいて、開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値以下である場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下であるとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値を超える場合に、（開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超えるものとして）開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する制御手段を採用してもよい。   In the fuel cell system, when the difference between the upstream side pressure and the downstream side pressure of the on / off valve is equal to or less than a predetermined threshold value (the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell is equal to or less than the predetermined threshold value). When the opening / closing operation of the opening / closing valve is controlled in the first driving cycle while the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the opening / closing valve exceeds a predetermined threshold value (if any), the fuel from the opening / closing valve to the fuel cell is controlled. Control means for controlling the opening / closing operation of the opening / closing valve in a second driving cycle longer than the first driving cycle (assuming that the gas supply amount exceeds a predetermined threshold value) may be employed.

また、本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、燃料供給流路内の開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、開閉弁から燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する工程を含むものである。   The fuel cell system control method according to the present invention includes a fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an upstream side of the fuel supply channel. An on-off valve that adjusts the gas state and supplies the gas downstream, a pressure sensor that detects the pressure value of the fuel gas downstream of the on-off valve in the fuel supply flow path, and a pressure value detected by the pressure sensor And a control means for controlling the on-off valve, wherein when the supply amount of fuel gas from the on-off valve to the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold, the on-off operation of the on-off valve is controlled. On the other hand, when the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell exceeds a predetermined threshold value, the on / off operation of the on / off valve is controlled at a second driving period longer than the first driving period. Including a controlling step.

かかる構成及び方法を採用すると、例えば燃料電池における発電量が大きいことや開閉弁の上流側と下流側との圧力差が大きいことに起因して、開閉弁から燃料電池への燃料ガス供給量が増大した場合に、開閉弁の駆動周期を長くすることができる。従って、開閉弁から燃料電池への燃料ガス供給量が増大した場合において、開閉弁の開閉動作に起因する開閉弁下流側の燃料ガスの脈動を抑制して、圧力センサによる燃料ガス圧力値の検出精度を向上させることができる。なお、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。   When such a configuration and method are employed, for example, the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell is increased due to a large amount of power generation in the fuel cell and a large pressure difference between the upstream side and the downstream side of the on / off valve. When it increases, the drive cycle of the on-off valve can be lengthened. Therefore, when the amount of fuel gas supplied from the on / off valve to the fuel cell increases, the fuel gas pressure value is detected by the pressure sensor by suppressing the pulsation of the fuel gas downstream from the on / off valve due to the opening / closing operation of the on / off valve. Accuracy can be improved. The “gas state” means a gas state represented by a flow rate, pressure, temperature, molar concentration, etc., and particularly includes at least one of a gas flow rate and a gas pressure.

また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタを開閉弁として採用することができる。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て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）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。所定の制御部が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により、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。   In the fuel cell system, an injector can be employed as an on-off valve. An injector is an electromagnetically driven opening and closing that can adjust the gas state (gas flow rate and gas pressure) by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with electromagnetic driving force and separating it from the valve seat It is a valve. The predetermined control unit drives the valve body of the injector to control the fuel gas injection timing and injection time, whereby the flow rate and pressure of the fuel gas can be controlled.

本発明によれば、燃料ガスの供給状態を変化させる開閉弁と、この開閉弁の下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、を有する燃料電池システムにおいて、開閉弁からの燃料供給量増大時における圧力センサの検出精度低下を抑制することが可能となる。   According to the present invention, in a fuel cell system having an on-off valve that changes the supply state of the fuel gas and a pressure sensor that detects a pressure value of the fuel gas on the downstream side of the on-off valve, the fuel supply from the on-off valve It is possible to suppress a decrease in detection accuracy of the pressure sensor when the amount increases.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明することとする。   Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described.

まず、図１〜図４を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３、システム全体を統合制御する制御装置４等を備えている。   First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a fuel cell 10 that generates electric power upon receiving a supply of reaction gas (oxidation gas and fuel gas), and the fuel cell 10 has an oxidant gas. An oxidizing gas piping system 2 for supplying the air, a hydrogen gas piping system 3 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 10, a control device 4 for integrated control of the entire system, and the like.

燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池１０により発生した電力は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１に供給される。ＰＣＵ１１は、燃料電池１０とトラクションモータ１２との間に配置されるインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えている。また、燃料電池１０には、発電中の電流を検出する電流センサ１３が取り付けられている。   The fuel cell 10 has a stack structure in which a required number of unit cells that generate power upon receiving a reaction gas are stacked. The electric power generated by the fuel cell 10 is supplied to a PCU (Power Control Unit) 11. The PCU 11 includes an inverter, a DC-DC converter, and the like that are disposed between the fuel cell 10 and the traction motor 12. Further, the fuel cell 10 is provided with a current sensor 13 for detecting a current during power generation.

酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給流路２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に導く空気排出流路２２と、加湿器２０から外部に酸化オフガスを導くための排気流路２３と、を備えている。空気供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。   The oxidant gas piping system 2 includes an air supply passage 21 that supplies the oxidant gas (air) humidified by the humidifier 20 to the fuel cell 10, and an air exhaust that guides the oxidant off-gas discharged from the fuel cell 10 to the humidifier 20. A flow path 22 and an exhaust flow path 23 for guiding the oxidizing off gas from the humidifier 20 to the outside are provided. The air supply passage 21 is provided with a compressor 24 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 20.

水素ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路３２と、を備えている。なお、水素タンク３０に代えて、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、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。   The hydrogen gas piping system 3 includes a hydrogen tank 30 as a fuel supply source storing high-pressure hydrogen gas, and a hydrogen supply flow path 31 as a fuel supply flow path for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 30 to the fuel cell 10. And a circulation flow path 32 for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen supply flow path 31. Instead of the hydrogen tank 30, a reformer that generates a 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, and Can also be employed as a fuel supply source. A tank having a hydrogen storage alloy may be employed as a fuel supply source.

水素供給流路３１には、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３４と、インジェクタ３５と、が設けられている。また、インジェクタ３５の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ４１及び温度センサ４２が設けられている。また、インジェクタ３５の下流側であって水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１の上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ４３が設けられている。   The hydrogen supply flow path 31 is provided with a shutoff valve 33 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 30, a regulator 34 that adjusts the pressure of the hydrogen gas, and an injector 35. A primary pressure sensor 41 and a temperature sensor 42 that detect the pressure and temperature of the hydrogen gas in the hydrogen supply flow path 31 are provided on the upstream side of the injector 35. A secondary side pressure sensor that detects the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen supply channel 31 is located downstream of the injector 35 and upstream of the junction A1 between the hydrogen supply channel 31 and the circulation channel 32. 43 is provided.

レギュレータ３４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３４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３５の上流側にレギュレータ３４を２個配置することにより、インジェクタ３５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３５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３５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３５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３５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３５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３５の応答性の低下を抑制することができる。   The regulator 34 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure. In the present embodiment, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure is employed as the regulator 34. 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 35 can be effectively reduced by arranging two regulators 34 on the upstream side of the injector 35. 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 35 can be increased. In addition, since the upstream pressure of the injector 35 can be reduced, it is possible to prevent the valve body of the injector 35 from becoming difficult to move due to an increase in the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the injector 35. be able to. Accordingly, it is possible to widen the adjustable pressure width of the downstream pressure of the injector 35 and to suppress a decrease in responsiveness of the injector 35.

インジェクタ３５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３５は、水素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。本実施形態においては、インジェクタ３５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段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置４から出力される制御信号によってインジェクタ３５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、水素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３５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。   The injector 35 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 35 includes a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as hydrogen 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. In this embodiment, the valve body of the injector 35 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and the opening area of the injection hole is made two or more stages by turning on and off the pulsed excitation current supplied to the solenoid. It can be switched. The gas injection time and gas injection timing of the injector 35 are controlled by a control signal output from the control device 4, whereby the flow rate and pressure of hydrogen gas are controlled with high accuracy. The injector 35 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.

インジェクタ３５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３５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１０側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ３５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３５下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３５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３５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。   Injector 35 changes the opening area (opening) and the opening time of the valve body provided in the gas flow path of injector 35 in order to supply the required gas flow rate downstream thereof, thereby reducing the downstream flow rate. The gas flow rate (or hydrogen molar concentration) supplied to the side (fuel cell 10 side) is adjusted. Since the gas flow rate is adjusted by opening and closing the valve body of the injector 35 and the gas pressure supplied downstream of the injector 35 is reduced from the gas pressure upstream of the injector 35, the injector 35 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 35 so as to match the required pressure within a predetermined pressure range in accordance with the gas requirement. Can also be interpreted.

なお、本実施形態においては、図１に示すように、水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１より上流側にインジェクタ３５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水素タンク３０を採用する場合には、各水素タンク３０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３５を配置するようにする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the injector 35 is disposed on the upstream side of the junction A <b> 1 between the hydrogen supply flow path 31 and the circulation flow path 32. Further, as shown by a broken line in FIG. 1, when a plurality of hydrogen tanks 30 are employed as the fuel supply source, the hydrogen gas supplied from each hydrogen tank 30 joins more than the part (hydrogen gas joining part A2). The injector 35 is arranged on the downstream side.

循環流路３２には、気液分離器３６及び排気排水弁３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、制御装置４からの指令によって作動することにより、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素オフガス（燃料オフガス）と、を外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路３２には、循環流路３２内の水素オフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出す水素ポンプ３９が設けられている。なお、排気排水弁３７及び排出流路３８を介して排出される水素オフガスは、希釈器４０によって希釈されて排気流路２３内の酸化オフガスと合流するようになっている。   A discharge flow path 38 is connected to the circulation flow path 32 via a gas-liquid separator 36 and an exhaust drain valve 37. The gas-liquid separator 36 recovers moisture from the hydrogen off gas. The exhaust / drain valve 37 is operated according to a command from the control device 4 to discharge moisture collected by the gas-liquid separator 36 and hydrogen off-gas (fuel off-gas) containing impurities in the circulation channel 32 to the outside. (Purge). In addition, the circulation channel 32 is provided with a hydrogen pump 39 that pressurizes the hydrogen off gas in the circulation channel 32 and sends it to the hydrogen supply channel 31 side. The hydrogen off-gas discharged through the exhaust / drain valve 37 and the discharge passage 38 is diluted by the diluter 40 and merges with the oxidizing off-gas in the exhaust passage 23.

制御装置４は、車両に設けられた加速操作部材（アクセル等）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１２等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータ１２のほかに、燃料電池１０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２４、水素ポンプ３９、冷却ポンプのモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、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 control device 4 detects an operation amount of an acceleration operation member (accelerator or the like) provided in the vehicle, 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 12), Control the operation of various devices in the system. In addition to the traction motor 12, the load device is an auxiliary device (for example, a compressor 24, a hydrogen pump 39, a cooling pump motor, or the like) necessary for operating the fuel cell 10, and various types of vehicles involved in traveling of the vehicle. It is a collective term for power consumption devices including actuators used in devices (transmissions, wheel control devices, steering devices, suspension devices, etc.), occupant space air conditioners (air conditioners), lighting, audio, and the like.

制御装置４は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。   The control device 4 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. It is like that.

具体的には、制御装置４は、図２に示すように、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの量（以下「水素消費量」という）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、燃料電池１０の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。   Specifically, as shown in FIG. 2, the control device 4 is consumed by the fuel cell 10 based on the operating state of the fuel cell 10 (current value during power generation of the fuel cell 10 detected by the current sensor 13). The amount of hydrogen gas (hereinafter referred to as “hydrogen consumption”) is calculated (fuel consumption calculation function: B1). In the present embodiment, the hydrogen consumption is calculated and updated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific calculation formula representing the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the hydrogen consumption.

また、制御装置４は、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、インジェクタ３５下流位置における水素ガスの目標圧力値（燃料電池１０への目標ガス供給圧）を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に、二次側圧力センサ４３が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 determines the target pressure value of hydrogen gas (to the fuel cell 10) at the downstream position of the injector 35 based on the operating state of the fuel cell 10 (current value at the time of power generation of the fuel cell 10 detected by the current sensor 13). Target gas supply pressure) (target pressure value calculation function: B2). In the present embodiment, using a specific map representing the relationship between the generated current value of the fuel cell 10 and the target pressure value, at the position where the secondary pressure sensor 43 is arranged for each calculation cycle of the control device 4. The target pressure value is calculated and updated.

また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５下流位置の検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する（フィードバック補正流量算出機能：Ｂ３）。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量である。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、制御装置４の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 calculates a feedback correction flow rate based on the deviation between the calculated target pressure value and the detected pressure value downstream of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 (feedback correction flow rate calculation function). : B3). The feedback correction flow rate is a hydrogen gas flow rate that is added to the hydrogen consumption in order to reduce the deviation between the target pressure value and the detected pressure value. In the present embodiment, the feedback correction flow rate is calculated and updated every calculation cycle of the control device 4 using the PI type feedback control law.

また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（一次側圧力センサ４１で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ４２で検出した水素ガスの温度）に基づいてインジェクタ３５の上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ４）。本実施形態においては、インジェクタ３５の上流側の水素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、制御装置４の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 determines the static flow rate upstream of the injector 35 based on the gas state upstream of the injector 35 (hydrogen gas pressure detected by the primary pressure sensor 41 and hydrogen gas temperature detected by the temperature sensor 42). (Static flow rate calculation function: B4). In the present embodiment, the static flow rate is calculated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific calculation formula representing the relationship between the pressure and temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35 and the static flow rate. We are going to update.

また、制御装置４は、インジェクタ３５の上流のガス状態（水素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３５の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ５）。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ３５が制御装置４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３５の上流側の水素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、制御装置４の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 calculates the invalid injection time of the injector 35 based on the gas state upstream of the injector 35 (pressure and temperature of hydrogen gas) and the applied voltage (invalid injection time calculation function: B5). Here, the invalid injection time means the time required from when the injector 35 receives the control signal from the control device 4 until the actual injection is started. In the present embodiment, the invalid injection time is calculated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific map representing the relationship between the pressure and temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35, the applied voltage, and the invalid injection time. I am going to update it.

また、制御装置４は、燃料電池１０の発電状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に応じて、インジェクタ３５の駆動周期を設定する（駆動周期設定機能：Ｂ６）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３５の開閉駆動の周期、すなわち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。   Further, the control device 4 sets the drive cycle of the injector 35 according to the power generation state of the fuel cell 10 (current value at the time of power generation of the fuel cell 10 detected by the current sensor 13) (drive cycle setting function: B6). . Here, the driving cycle means a cycle of opening / closing driving of the injector 35, that is, a cycle of a stepped (on / off) waveform representing the opening / closing state of the injection hole.

本実施形態における制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値以下である場合に、図３（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期を比較的短い値Ｔ0（第１の駆動周期）に設定する。また、制御装置４は、燃料電池の発電電流値が所定の閾値を超える場合に、図４（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期をＴ0より長い値Ｔ1（第２の駆動周期）設定することとしている。 When the generated current value of the fuel cell 10 is equal to or less than a predetermined threshold, the control device 4 in the present embodiment sets the drive cycle of the injector 35 to a relatively short value T 0 (the first value) as shown in FIG. 1 driving cycle). Further, when the generated current value of the fuel cell exceeds a predetermined threshold, the control device 4 sets the drive cycle of the injector 35 to a value T 1 (second drive) longer than T 0 as shown in FIG. Period) is set.

インジェクタ３５の駆動周期を比較的短いＴ0に設定することにより高い応答性を実現させることができるが、燃料電池１０の発電電流値が上昇することに起因してインジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が増大すると、図３（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期Ｔ0における閉鎖（ＯＦＦ）時間の割合が小さくなる。すると、図３（Ｂ）に示すように、インジェクタ３５の閉鎖時において、インジェクタ３５下流側に圧力脈動が発生する。このようにインジェクタ３５下流側に圧力脈動が発生すると、二次側圧力センサ４３での検出値（Ｐ0、Ｐ0´、Ｐ0″：図３（Ｂ））がばらついてしまう。二次側圧力センサ４３は、通常、インジェクタ３５の閉鎖時における下流側の圧力値を検出するためである。 High responsiveness can be realized by setting the drive cycle of the injector 35 to a relatively short T 0 , but the increase in the generated current value of the fuel cell 10 causes the injector 35 to move to the fuel cell 10. When the hydrogen gas supply amount increases, as shown in FIG. 3A, the ratio of the closing (OFF) time in the drive cycle T 0 of the injector 35 decreases. Then, as shown in FIG. 3B, when the injector 35 is closed, pressure pulsation occurs on the downstream side of the injector 35. When the pressure pulsation occurs on the downstream side of the injector 35 in this way, the detection values (P 0 , P 0 ′, P 0 ″: FIG. 3B) of the secondary pressure sensor 43 vary. The pressure sensor 43 is usually for detecting the downstream pressure value when the injector 35 is closed.

このような問題を解決するため、本実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超えた場合には、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えたものとして、図４（Ａ）に示すように、インジェクタ３５の駆動周期をＴ1（＞Ｔ0）に設定することにより、インジェクタ３５の駆動周期Ｔ1における閉鎖(ＯＦＦ)時間の割合を大きくしている。これにより、図４（Ｂ）に示すように、インジェクタ３５下流側の圧力脈動を収束させることができ、二次側圧力センサ４３での検出値（Ｐ1：図４（Ｂ））のばらつきを少なくする（検出精度を向上させる）ことができる。 In order to solve such a problem, in this embodiment, when the generated current value of the fuel cell 10 exceeds a predetermined threshold value, the hydrogen gas supply amount from the injector 35 to the fuel cell 10 has a predetermined threshold value. As shown in FIG. 4A, by setting the drive cycle of the injector 35 to T 1 (> T 0 ), the ratio of the closing (OFF) time in the drive cycle T 1 of the injector 35 is set as exceeded. It is getting bigger. As a result, as shown in FIG. 4B, the pressure pulsation on the downstream side of the injector 35 can be converged, and the detection value (P 1 : FIG. 4B) at the secondary pressure sensor 43 is dispersed. It can be reduced (detection accuracy is improved).

また、制御装置４は、水素消費量と、フィードバック補正流量と、を加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ７）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量を静的流量で除した値に駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５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３５の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ８）。   Further, the control device 4 calculates the injection flow rate of the injector 35 by adding the hydrogen consumption amount and the feedback correction flow rate (injection flow rate calculation function: B7). Then, the control device 4 calculates the basic injection time of the injector 35 by multiplying the value obtained by dividing the injection flow rate of the injector 35 by the static flow rate, and adds the basic injection time and the invalid injection time. Thus, the total injection time of the injector 35 is calculated (total injection time calculation function: B8).

そして、制御装置４は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３５の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。すなわち、制御装置４は、インジェクタ３５のフィードバック制御を実現させる。   And the control apparatus 4 controls the gas injection time and gas injection timing of the injector 35 by outputting the control signal for implement | achieving the total injection time of the injector 35 computed through the above procedure, and fuel cell The flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to 10 are adjusted. That is, the control device 4 realizes feedback control of the injector 35.

続いて、図５のフローチャート等を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の運転方法について説明する。   Next, an operation method of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.

燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク３０から水素ガスが水素供給流路３１を介して燃料電池１０の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路２１を介して燃料電池１０の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池１０から引き出すべき電力（要求電力）が制御装置４で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池１０内に供給されるようになっている。本実施形態においては、このような通常運転時に燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超えた場合に、インジェクタ３５の駆動周期を変更する。   During normal operation of the fuel cell system 1, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 30 to the fuel electrode of the fuel cell 10 through the hydrogen supply channel 31, and the air that has been subjected to humidification adjustment passes through the air supply channel 21. Is supplied to the oxidation electrode of the fuel cell 10 to generate power. At this time, the power (required power) to be drawn from the fuel cell 10 is calculated by the control device 4, and hydrogen gas and air in an amount corresponding to the amount of power generation are supplied into the fuel cell 10. In the present embodiment, when the generated current value of the fuel cell 10 exceeds a predetermined threshold during such normal operation, the drive cycle of the injector 35 is changed.

まず、燃料電池システム１の制御装置４は、電流センサ１３を用いて燃料電池１０の発電時における電流値を検出する（電流検出工程：Ｓ１）。また、制御装置４は、電流センサ１３で検出した電流値に基づいて、燃料電池１０に供給される水素ガスの目標圧力値を算出する（目標圧力値算出工程：Ｓ２）。   First, the control device 4 of the fuel cell system 1 detects a current value at the time of power generation of the fuel cell 10 using the current sensor 13 (current detection step: S1). Further, the control device 4 calculates the target pressure value of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 based on the current value detected by the current sensor 13 (target pressure value calculating step: S2).

また、制御装置４は、電流検出工程Ｓ１で検出した燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（電流値判定工程：Ｓ３）。そして、制御装置４は、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値以下であると判定した場合に、インジェクタ３５の駆動周期（Ｔ0）を特に変更することなく、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５下流側における水素ガスの圧力値（二次側圧力）を検出する（二次側圧力検出工程：Ｓ５）。その後、制御装置４は、二次側圧力検出工程Ｓ５で検出した二次側圧力を用いて、インジェクタ３５のフィードバック制御を実現させる（インジェクタ制御工程：Ｓ６）。 Further, the control device 4 determines whether or not the generated current value of the fuel cell 10 detected in the current detection step S1 is equal to or less than a predetermined threshold (current value determination step: S3). When the control device 4 determines that the generated current value of the fuel cell 10 is equal to or less than the predetermined threshold value, the control device 4 does not particularly change the drive cycle (T 0 ) of the injector 35 and changes the secondary pressure sensor 43. The pressure value (secondary pressure) of the hydrogen gas on the downstream side of the injector 35 is detected (secondary pressure detection step: S5). Thereafter, the control device 4 realizes feedback control of the injector 35 by using the secondary pressure detected in the secondary pressure detection step S5 (injector control step: S6).

一方、制御装置４は、電流値判定工程Ｓ３において、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超えるものと判定した場合に、インジェクタ３５の駆動周期をＴ0からＴ1に変更し（駆動周期変更工程：Ｓ４）、その後、二次側圧力センサ４３を用いてインジェクタ３５下流側における水素ガスの圧力値（二次側圧力）を検出する（二次側圧力検出工程：Ｓ５）。駆動周期変更工程Ｓ４を経ることによりインジェクタ３５の駆動周期がＴ1に変更されているため、二次側圧力検出工程Ｓ５において、圧力脈動が収束した状態で二次側圧力の検出を行うことができる（図４（Ｂ））。その後、制御装置４は、二次側圧力検出工程Ｓ５で検出した二次側圧力を用いて、インジェクタ３５のフィードバック制御を実現させる（インジェクタ制御工程：Ｓ６）。 On the other hand, when it is determined in the current value determination step S3 that the generated current value of the fuel cell 10 exceeds the predetermined threshold value, the control device 4 changes the drive cycle of the injector 35 from T 0 to T 1 (drive) Period change step: S4), and then the secondary gas pressure sensor 43 is used to detect the hydrogen gas pressure value (secondary pressure) downstream of the injector 35 (secondary pressure detection step: S5). Since the drive cycle of the injector 35 by passing through the driving period changing step S4 is being changed to T 1, the secondary side pressure detecting step S5, it possible to detect the secondary pressure in a state where the pressure pulsation is converged Yes (FIG. 4B). Thereafter, the control device 4 realizes feedback control of the injector 35 by using the secondary pressure detected in the secondary pressure detection step S5 (injector control step: S6).

インジェクタ制御工程Ｓ６について具体的に説明する。制御装置４は、電流センサ１３で検出した電流値に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの流量（水素消費量）を算出する。また、制御装置４は、目標圧力値算出工程Ｓ２で算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３による検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する。そして、制御装置４は、算出した水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量を算出する。   The injector control process S6 will be specifically described. The control device 4 calculates the flow rate of hydrogen gas (hydrogen consumption) consumed by the fuel cell 10 based on the current value detected by the current sensor 13. Further, the control device 4 calculates a feedback correction flow rate based on the deviation between the target pressure value calculated in the target pressure value calculation step S <b> 2 and the pressure value detected by the secondary pressure sensor 43. Then, the control device 4 calculates the injection flow rate of the injector 35 by adding the calculated hydrogen consumption amount and the feedback correction flow rate.

また、制御装置４は、一次側圧力センサ４１で検出したインジェクタ３５の上流側の水素ガスの圧力値と、温度センサ４２で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの温度と、に基づいてインジェクタ３５の上流の静的流量を算出する。そして、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量を静的流量で除した値に駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５の基本噴射時間を算出する。   Further, the control device 4 determines the injector 35 based on the pressure value of the hydrogen gas upstream of the injector 35 detected by the primary pressure sensor 41 and the temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35 detected by the temperature sensor 42. Calculate the static flow rate upstream of. The control device 4 calculates the basic injection time of the injector 35 by multiplying the value obtained by dividing the injection flow rate of the injector 35 by the static flow rate by the drive cycle.

また、制御装置４は、一次側圧力センサ４１による検出圧力値と、温度センサ４２で検出したインジェクタ３５の上流の水素ガスの温度と、印加電圧と、に基づいてインジェクタ３５の無効噴射時間を算出し、この無効噴射時間と、インジェクタ３５の基本噴射時間と、を加算することにより、インジェクタ３５の総噴射時間を算出する。その後、制御装置４は、算出したインジェクタ３５の総噴射時間に係る制御信号を出力することにより、インジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。以上の工程群を繰り返して調圧を行うことにより、インジェクタ３５の下流側の水素ガスの圧力値を目標圧力値に近付けることができる。   The control device 4 calculates the invalid injection time of the injector 35 based on the pressure value detected by the primary pressure sensor 41, the temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35 detected by the temperature sensor 42, and the applied voltage. Then, the total injection time of the injector 35 is calculated by adding the invalid injection time and the basic injection time of the injector 35. Thereafter, the control device 4 controls the gas injection time and gas injection timing of the injector 35 by outputting a control signal related to the calculated total injection time of the injector 35, and controls the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10. Adjust flow rate and pressure. The pressure value of the hydrogen gas on the downstream side of the injector 35 can be brought close to the target pressure value by adjusting the pressure by repeating the above process group.

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガスの供給量が増大した場合（燃料電池１０における発電電流値が所定の閾値を超える場合）に、インジェクタ３５の駆動周期を長くすることができる。従って、トラクションモータ１２等の負荷装置からの発電要求が大きいこと等に起因して燃料電池１０への水素ガスの供給量が増大した場合においても、インジェクタ３５の開閉動作に起因するインジェクタ下流側の圧力脈動を抑制して、二次側圧力センサ４３による圧力値の検出精度を向上させることができる。   In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, when the amount of hydrogen gas supplied from the injector 35 to the fuel cell 10 increases (when the generated current value in the fuel cell 10 exceeds a predetermined threshold), the injector The drive period of 35 can be lengthened. Therefore, even when the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 increases due to a large power generation request from the load device such as the traction motor 12, the downstream side of the injector due to the opening / closing operation of the injector 35 is increased. The pressure pulsation can be suppressed, and the detection accuracy of the pressure value by the secondary pressure sensor 43 can be improved.

なお、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超える場合に、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えるものとしてインジェクタ３５の駆動周期を長くした例を示したが、燃料電池１０への水素ガスの供給量を検出し、この検出した供給量が所定の閾値を超える場合にインジェクタ３５の駆動周期を長くすることもできる。また、アクセル開度の検出値等に基づいて、燃料電池１０に対する発電要求を算出し、この算出した発電要求が所定の閾値を超える場合に、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えるものとしてインジェクタ３５の駆動周期を長くしてもよい。   In the above embodiment, when the generated current value of the fuel cell 10 exceeds a predetermined threshold, the hydrogen gas supply amount from the injector 35 to the fuel cell 10 is assumed to exceed the predetermined threshold, and the driving cycle of the injector 35 is determined. Although the example in which the fuel gas is supplied is shown, the supply amount of the hydrogen gas to the fuel cell 10 is detected, and when the detected supply amount exceeds a predetermined threshold, the drive cycle of the injector 35 can be lengthened. Further, a power generation request for the fuel cell 10 is calculated based on the detected value of the accelerator opening, and when the calculated power generation request exceeds a predetermined threshold, the hydrogen gas supply amount from the injector 35 to the fuel cell 10 is increased. The drive cycle of the injector 35 may be lengthened as exceeding a predetermined threshold.

また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超える場合にインジェクタ３５の駆動周期を長くした例を示したが、燃料電池１０の発電状態を示す他の物理量（燃料電池１０の発電時の電圧値や電力値、燃料電池１０の温度等）を検出し、この検出した物理量が所定の閾値を超える場合に、インジェクタ３５から燃料電池１０への水素ガス供給量が所定の閾値を超えるものとしてインジェクタ３５の駆動周期を長くすることもできる。また、インジェクタ３５の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値を超える場合においても、インジェクタ３５の駆動周期を長くすることもできる。   In the above embodiment, the example in which the drive cycle of the injector 35 is lengthened when the generated current value of the fuel cell 10 exceeds a predetermined threshold has been shown. However, other physical quantities ( When the detected physical quantity exceeds a predetermined threshold value, the amount of hydrogen gas supplied from the injector 35 to the fuel cell 10 is determined. The drive cycle of the injector 35 can be lengthened as exceeding a predetermined threshold. Further, even when the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the injector 35 exceeds a predetermined threshold, the drive cycle of the injector 35 can be lengthened.

また、以上の実施形態においては、燃料電池システム１の水素ガス配管系３に循環流路３２を設けた例を示したが、例えば、図６に示すように、燃料電池１０に排出流路３８を直接接続して循環流路３２を廃止することもできる。かかる構成（デッドエンド方式）を採用した場合においても、制御装置４で前記実施形態と同様に、燃料電池１０の発電電流値が所定の閾値を超える場合にインジェクタ３５の駆動周期を長くすることができる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the circulation flow path 32 in the hydrogen gas piping system 3 of the fuel cell system 1 was shown, for example, as shown in FIG. Can be directly connected to eliminate the circulation flow path 32. Even when such a configuration (dead end method) is adopted, the drive cycle of the injector 35 can be lengthened when the generated current value of the fuel cell 10 exceeds a predetermined threshold in the control device 4 as in the above embodiment. it can.

また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の発電電流値に基づいて水素消費量及び目標圧力値を設定した例を示したが、燃料電池１０の運転状態を示す他の物理量（燃料電池１０の発電電圧値や発電電力値、燃料電池１０の温度等）を検出し、この検出した物理量に応じて水素消費量及び目標圧力値を設定してもよい。また、燃料電池１０が停止状態にあるか、起動時の運転状態にあるか、間欠運転に入る直前の運転状態にあるか、間欠運転から回復した直後の運転状態にあるか、通常運転状態にあるか等の運転状態を制御装置４が判定し、これら運転状態に応じて水素消費量等を設定することもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which set the hydrogen consumption and the target pressure value based on the electric power generation current value of the fuel cell 10 was shown, the other physical quantity (fuel cell 10 which shows the driving | running state of the fuel cell 10 was shown. May be detected, and the hydrogen consumption amount and the target pressure value may be set according to the detected physical quantity. In addition, the fuel cell 10 is in a stopped state, in an operating state at the time of start-up, in an operating state immediately before entering intermittent operation, in an operating state immediately after recovering from intermittent operation, or in a normal operating state. It is also possible for the control device 4 to determine whether or not there is an operating state, and to set a hydrogen consumption amount or the like according to these operating states.

また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ３５を採用した例を示したが、開閉弁は燃料供給流路（水素供給流路３１）の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジェクタ３５に限られるものではない。   Moreover, in the above embodiment, although the example which employ | adopted the injector 35 as an on-off valve in this invention was shown, an on-off valve adjusts the gas state of the upstream of a fuel supply flow path (hydrogen supply flow path 31). What is necessary is just to supply to the downstream side, and it is not restricted to the injector 35.

また、以上の実施形態においては、循環流路３２に水素ポンプ３９を設けた例を示したが、水素ポンプ３９に代えてエジェクタを採用してもよい。また、以上の実施形態においては、排気と排水との双方を実現させる排気排水弁３７を循環流路３２に設けた例を示したが、気液分離器３６で回収した水分を外部に排出する排水弁と、循環流路３２内のガスを外部に排出するための排気弁と、を別々に設け、制御装置４で排気弁を制御することもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the hydrogen pump 39 in the circulation flow path 32 was shown, it replaces with the hydrogen pump 39 and an ejector may be employ | adopted. Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the exhaust_flow_drain valve 37 which implement | achieves both exhaust_gas | exhaustion and waste_water | drain in the circulation flow path 32 was shown, the water | moisture content collect | recovered with the gas-liquid separator 36 is discharged | emitted outside. A drain valve and an exhaust valve for discharging the gas in the circulation flow path 32 to the outside can be provided separately, and the exhaust valve can be controlled by the control device 4.

また、以上の実施形態においては、水素供給流路３１に遮断弁３３及びレギュレータ３４を設けた例を示したが、インジェクタ３５は、可変調圧弁としての機能を果たすとともに、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁３３やレギュレータ３４を設けなくてもよい。従って、インジェクタ３５を採用すると遮断弁３３やレギュレータ３４を省くことができるため、システムの小型化及び低廉化が可能となる。   In the above embodiment, the example in which the shutoff valve 33 and the regulator 34 are provided in the hydrogen supply flow path 31 has been described. However, the injector 35 functions as a variable pressure control valve and shuts off the supply of hydrogen gas. Therefore, it is not always necessary to provide the shut-off valve 33 and the regulator 34. Therefore, when the injector 35 is employed, the shut-off valve 33 and the regulator 34 can be omitted, so that the system can be reduced in size and cost.

また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。   Further, in each of the above embodiments, the example in which the fuel cell system according to the present invention is mounted on the fuel cell vehicle has been shown. However, the present invention is applied to various moving bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. Such a fuel cell system can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図１に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for demonstrating the control aspect of the control apparatus of the fuel cell system shown in FIG. 図１に示した燃料電池システムの発電電流値が所定の閾値を超える場合における各種情報の時間履歴を示すタイムチャートであり、（Ａ）は第１の駆動周期でのインジェクタの開閉動作を示すもの、（Ｂ）はインジェクタ下流側における燃料ガスの圧力値を示すものである。FIG. 2 is a time chart showing a time history of various types of information when the generated current value of the fuel cell system shown in FIG. 1 exceeds a predetermined threshold value, and (A) shows an injector opening / closing operation in a first drive cycle. (B) shows the pressure value of the fuel gas on the downstream side of the injector. 図１に示した燃料電池システムの発電電流値が所定の閾値を超える場合における各種情報の時間履歴を示すタイムチャートであり、（Ａ）は第２の駆動周期でのインジェクタの開閉動作を示すもの、（Ｂ）はインジェクタ下流側における燃料ガスの圧力値を示すものである。FIG. 2 is a time chart showing a time history of various information when the generated current value of the fuel cell system shown in FIG. 1 exceeds a predetermined threshold value, and (A) shows an injector opening / closing operation in a second drive cycle. (B) shows the pressure value of the fuel gas on the downstream side of the injector. 図１に示した燃料電池システムの運転方法を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池システムの変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the fuel cell system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、４…制御装置（制御手段）、１０…燃料電池、３０…水素タンク（燃料供給源）、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３５…インジェクタ（開閉弁）、４３…二次側圧力センサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 4 ... Control apparatus (control means), 10 ... Fuel cell, 30 ... Hydrogen tank (fuel supply source), 31 ... Hydrogen supply flow path (fuel supply flow path), 35 ... Injector (open / close valve) 43 ... Secondary pressure sensor.

Claims (5)

燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記燃料供給流路内の前記開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて前記開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである、
燃料電池システム。 A fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an on-off valve that adjusts the gas state upstream of the fuel supply channel and supplies it downstream And a pressure sensor for detecting the pressure value of the fuel gas on the downstream side of the on-off valve in the fuel supply flow path, and a control means for controlling the on-off valve based on the pressure value detected by the pressure sensor. A fuel cell system,
The control means controls the opening / closing operation of the opening / closing valve with a first driving cycle when the supply amount of the fuel gas from the opening / closing valve to the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold value. When the amount of fuel gas supplied to the fuel cell exceeds a predetermined threshold, the opening / closing operation of the on-off valve is controlled with a second driving cycle longer than the first driving cycle.
Fuel cell system. 前記制御手段は、前記燃料電池における発電量が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記前記燃料電池における発電量が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。 The control means controls the opening / closing operation of the on-off valve in a first driving cycle when the power generation amount in the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold value, while the power generation amount in the fuel cell has a predetermined threshold value. When exceeding, the opening and closing operation of the on-off valve is controlled with a second driving cycle longer than the first driving cycle.
The fuel cell system according to claim 1. 前記制御手段は、前記開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記開閉弁の上流側圧力と下流側圧力との差が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御するものである、
請求項１に記載の燃料電池システム。 The control means controls the opening / closing operation of the opening / closing valve with a first driving cycle when the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the opening / closing valve is equal to or less than a predetermined threshold value. When the difference between the upstream pressure and the downstream pressure exceeds a predetermined threshold, the opening / closing operation of the on-off valve is controlled with a second driving cycle longer than the first driving cycle.
The fuel cell system according to claim 1. 前記開閉弁は、インジェクタである、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池システム。 The on-off valve is an injector;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3. 燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記燃料供給流路内の前記開閉弁下流側における燃料ガスの圧力値を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力値に基づいて前記開閉弁を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値以下である場合に、前記開閉弁の開閉動作を第１の駆動周期で制御する一方、前記開閉弁から前記燃料電池への燃料ガスの供給量が所定の閾値を超える場合に、前記開閉弁の開閉動作を前記第１の駆動周期よりも長い第２の駆動周期で制御する工程を含む、
燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an on-off valve that adjusts the gas state upstream of the fuel supply channel and supplies it downstream And a pressure sensor for detecting the pressure value of the fuel gas on the downstream side of the on-off valve in the fuel supply flow path, and a control means for controlling the on-off valve based on the pressure value detected by the pressure sensor. A control method for a fuel cell system, comprising:
When the supply amount of fuel gas from the on-off valve to the fuel cell is less than or equal to a predetermined threshold value, the on-off operation of the on-off valve is controlled with a first driving cycle, while the on-off valve to the fuel cell is controlled. Including a step of controlling the opening / closing operation of the on-off valve with a second driving cycle longer than the first driving cycle when the supply amount of the fuel gas exceeds a predetermined threshold value,
Control method of fuel cell system.
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