JP2008234970A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system preventing control error even when a pressure sensor fails. <P>SOLUTION: A fuel cell system resets a hydrogen consumption amount and detects an initial pressure inside a tank (S101) when generating power. Then, when the hydrogen consumption amount exceeds a prescribed value 1 (S102, Yes), a prescribed value 2 as the hydrogen consumption amount corresponding to the pressure for the prescribed value 1 is set (S103). Next, a tank inside pressure P2 when the prescribed value 1 is consumed is detected (S104) and whether or not the difference in pressure (P1-P2) is equal to or smaller than the prescribed value 2 is judged (S105). When the difference in pressure is equal to or smaller than the prescribed value 2 (S105, Yes), the pressure sensor inside the tank is judged to be defective (S106) and the power generation is stopped (S107). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素タンク内の残水素量を検出するセンサが設けられた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system provided with a sensor for detecting the amount of remaining hydrogen in a hydrogen tank.

例えば、燃料電池自動車では、水素タンク内の水素の残量を運転者に知らせる必要がある。運転者は、インストルメントパネルなどに設けられた残量メータを確認することによって、おおよその航続可能距離の判断を行うことができ、水素残量が残り少ないと判断した場合には水素充填が必要であると判断することができる。水素タンク内の水素残量を検出する手段としては、水素タンク内の温度および圧力を検出するセンサをそれぞれ設けて、各センサから得られる温度と圧力とに基づいて残量を検知することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−63205号公報(段落0024、図1)
For example, in a fuel cell vehicle, it is necessary to inform the driver of the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank. The driver can determine the approximate cruising distance by checking the remaining amount meter provided on the instrument panel, etc., and if it is determined that the remaining amount of hydrogen is low, hydrogen filling is necessary. It can be judged that there is. As a means to detect the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank, it is proposed to provide a sensor for detecting the temperature and pressure in the hydrogen tank and detect the remaining amount based on the temperature and pressure obtained from each sensor. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2004-63205 A (paragraph 0024, FIG. 1)

しかしながら、従来の技術では、水素タンク内の圧力を検出する圧力センサに基づいて水素の残量を検出していたため、この圧力センサが故障すると、水素残量を正確に把握できなくなるという問題があった。このため、例えば、水素が欠乏した状態(電解質膜上でガス欠状態)で発電を継続すること(誤制御)になると、燃料電池スタックの膜劣化を引き起こすおそれがあった。   However, since the conventional technology detects the remaining amount of hydrogen based on a pressure sensor that detects the pressure in the hydrogen tank, there is a problem that if this pressure sensor fails, the remaining amount of hydrogen cannot be accurately grasped. It was. For this reason, for example, if power generation is continued (erroneous control) in a state where hydrogen is depleted (gas is depleted on the electrolyte membrane), there is a risk of causing membrane deterioration of the fuel cell stack.

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、圧力センサが故障したとしても誤制御を防止することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of preventing erroneous control even if a pressure sensor fails.

請求項1に係る発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵容器と、前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を検出する容器内圧力検出手段と、前記燃料ガス貯蔵容器内の温度を検出する容器内温度検出手段と、を備え、前記燃料ガス貯蔵容器内の前記圧力と前記温度とに基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の残燃料ガス量を推定し、前記残燃料ガス量に基づいて前記燃料電池スタックの運転を制御する燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスの燃料消費量を算出する燃料消費量算出手段と、前記燃料消費量算出手段により算出された燃料消費量に応じた圧力に相当する圧力閾値を設定する圧力閾値設定手段と、前記容器内圧力検出手段により検出された圧力と、前記圧力閾値設定手段により設定された圧力閾値とに基づいて前記容器内圧力検出手段の故障を判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a fuel cell stack that generates power by being supplied with a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas storage container that stores the fuel gas supplied to the fuel cell stack, and the fuel gas storage container A container internal pressure detecting means for detecting the internal pressure of the container, and a container internal temperature detecting means for detecting the temperature in the fuel gas storage container, based on the pressure and the temperature in the fuel gas storage container. A fuel consumption amount for calculating a fuel consumption amount of the fuel gas in a fuel cell system that estimates an amount of remaining fuel gas in the fuel gas storage container and controls operation of the fuel cell stack based on the remaining fuel gas amount Detected by a calculating means, a pressure threshold setting means for setting a pressure threshold corresponding to the pressure corresponding to the fuel consumption calculated by the fuel consumption calculating means, and the in-container pressure detecting means A pressure which is characterized by and a failure determination means for determining a failure of the container pressure detecting means on the basis of the set pressure threshold by the threshold pressure setting means.

これによれば、燃料電池スタックの発電時において、検出された燃料ガス貯蔵容器内の圧力と、水素消費量に基づいて設定された圧力閾値と、を比較することで容器内圧力検出手段の故障検知が行えるため、容器内圧力検出手段の故障時に燃料電池システムが誤制御するのを防止することが可能になる。   According to this, when the fuel cell stack generates electricity, the detected pressure in the fuel gas storage container is compared with the pressure threshold value set based on the amount of hydrogen consumption, thereby causing a failure of the pressure detection means in the container. Since the detection can be performed, it is possible to prevent the fuel cell system from being erroneously controlled when the container pressure detection means fails.

請求項2に係る発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵容器と、前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を検出する容器内圧力検出手段と、前記燃料ガス貯蔵容器内の温度を検出する容器内温度検出手段と、を備え、前記燃料ガス貯蔵容器内の前記圧力と前記温度とに基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の残燃料ガス量を推定し、前記残燃料ガス量に基づいて前記燃料電池スタックの運転を制御する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックによる燃料消費量を算出する燃料消費量算出手段と、前記燃料消費量算出手段により算出された燃料消費量に基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を推定する圧力推定手段と、前記容器内圧力検出手段により検出された圧力と、前記圧力推定手段により推定された圧力とに基づいて前記容器内圧力検出手段の故障を判定する故障判定手段と、をさらに備え、前記故障判定手段は、前記検出された圧力と前記推定された圧力との差に基づいて前記容器内圧力検出手段が故障していると判断することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack that generates power by being supplied with a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas storage container that stores the fuel gas supplied to the fuel cell stack, and the fuel gas storage container A container internal pressure detecting means for detecting the internal pressure of the container, and a container internal temperature detecting means for detecting the temperature in the fuel gas storage container, based on the pressure and the temperature in the fuel gas storage container. In a fuel cell system that estimates the amount of remaining fuel gas in the fuel gas storage container and controls the operation of the fuel cell stack based on the amount of remaining fuel gas, fuel consumption for calculating fuel consumption by the fuel cell stack An amount calculating means; a pressure estimating means for estimating a pressure in the fuel gas storage container based on the fuel consumption calculated by the fuel consumption calculating means; and a pressure detection in the container. Failure determination means for determining a failure of the in-container pressure detection means based on the pressure detected by the means and the pressure estimated by the pressure estimation means, and the failure determination means is the detected It is determined that the in-container pressure detecting means is out of order based on the difference between the estimated pressure and the estimated pressure.

これによれば、燃料電池スタックの発電時において、検出された燃料ガス貯蔵容器内の圧力と、推定された燃料ガス貯蔵容器内の圧力とに基づいて容器内圧力検出手段の故障検知が行えるため、容器内圧力検出手段の故障時に燃料電池システムが誤制御するのを防止することが可能になる。   According to this, the failure detection of the in-container pressure detection means can be performed based on the detected pressure in the fuel gas storage container and the estimated pressure in the fuel gas storage container during power generation of the fuel cell stack. This makes it possible to prevent the fuel cell system from erroneously controlling when the in-container pressure detecting means fails.

請求項3に係る発明は、前記燃料ガス貯蔵容器内の温度変化量を検出する温度変化量検出手段を備え、前記故障判定手段は、前記温度変化量検出手段により検出された温度変化量に基づいて、故障判定を行うか否かを判断することを特徴とする。   The invention according to claim 3 includes a temperature change amount detecting means for detecting a temperature change amount in the fuel gas storage container, and the failure determination means is based on the temperature change amount detected by the temperature change amount detecting means. And determining whether or not to perform failure determination.

これによれば、温度変化量が大き過ぎる場合などは、燃料ガス貯蔵容器内の圧力が大きく変動することになるため正確な圧力検出ができなくなる。よって、温度変化量に基づいて故障検出を行うか否かを判断することにより故障の誤検出を防止することが可能になる。   According to this, when the amount of change in temperature is too large, the pressure in the fuel gas storage container fluctuates greatly, so that accurate pressure detection cannot be performed. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of a failure by determining whether or not to perform failure detection based on the temperature change amount.

請求項4に係る発明は、前記故障判定手段により故障と判断された場合には、前記燃料電池スタックの発電を停止することを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that power generation of the fuel cell stack is stopped when a failure is determined by the failure determination means.

これによれば、故障している場合は発電を停止するため、残燃料ガス量を正確に把握できない状態で発電して膜劣化が引き起こされるのを防止できる。   According to this, since power generation is stopped when there is a failure, it is possible to prevent film deterioration by causing power generation in a state where the amount of remaining fuel gas cannot be accurately grasped.

請求項5に係る発明は、前記故障判定手段により故障と判定された場合には、前記故障判定手段による故障判定前に算出した前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量から前記燃料電池スタックの発電によって消費された燃料消費量およびパージ処理によって排出された燃料消費量を減算して代替残燃料ガス量を算出することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, when the failure determination means determines that a failure has occurred, the fuel cell stack generates power from the amount of fuel gas in the fuel gas storage container calculated before the failure determination by the failure determination means. And subtracting the fuel consumption amount consumed by the above and the fuel consumption amount discharged by the purge process to calculate an alternative residual fuel gas amount.

これによれば、燃料電池スタックの発電を停止させることなく燃料電池システムの運転を継続することが可能になる。   According to this, it becomes possible to continue the operation of the fuel cell system without stopping the power generation of the fuel cell stack.

本発明によれば、圧力センサが故障したとしても誤制御を防止することができる燃料電池システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a pressure sensor fails, the fuel cell system which can prevent erroneous control can be provided.

(第1実施形態)
図1は第1実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図2は第1実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャート、図3は所定値1と所定値2との関係を示すマップである。なお、本実施形態では、車両(図示せず)に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、航空機や船舶、定置式の電源などに適用してもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the fuel cell system of the first embodiment, FIG. 2 is a flowchart showing failure determination control of the tank pressure sensor in the first embodiment, and FIG. It is a map which shows. In this embodiment, a case where the present invention is applied to a vehicle (not shown) will be described as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and may be applied to an aircraft, a ship, a stationary power source, and the like. .

図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、アノード系20、カソード系30、制御系40などを含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of this embodiment includes a fuel cell stack 10, an anode system 20, a cathode system 30, a control system 40, and the like.

前記燃料電池スタック10は、固体高分子からなる電解質膜を、触媒を含むアノードと触媒を含むカソードとで挟み、さらにその外側を一対の導電性のセパレータで挟んで構成された単セルが複数積層された構造を有している。   The fuel cell stack 10 includes a plurality of single cells in which an electrolyte membrane made of a solid polymer is sandwiched between an anode containing a catalyst and a cathode containing a catalyst, and the outside is sandwiched between a pair of conductive separators. Has a structured.

前記アノード系20は、水素タンク21、インタンク電磁弁22、水素レギュレータ23、エゼクタ24、パージ弁25などを含んで構成されている。また、インタンク電磁弁22と水素レギュレータ23とは配管26aを介して接続されている。また、水素レギュレータ23とエゼクタ24とは配管26bを介して接続されている。また、エゼクタ24と燃料電池スタック10のアノードの入口とは配管26cを介して接続されている。また、アノードの出口とパージ弁25とは配管26dを介して接続されている。また、配管26dの途中とエゼクタ24とは配管26eを介して接続されている。   The anode system 20 includes a hydrogen tank 21, an in-tank electromagnetic valve 22, a hydrogen regulator 23, an ejector 24, a purge valve 25, and the like. The in-tank solenoid valve 22 and the hydrogen regulator 23 are connected via a pipe 26a. Further, the hydrogen regulator 23 and the ejector 24 are connected via a pipe 26b. The ejector 24 and the anode inlet of the fuel cell stack 10 are connected via a pipe 26c. The anode outlet and the purge valve 25 are connected via a pipe 26d. The middle of the pipe 26d and the ejector 24 are connected via a pipe 26e.

前記水素タンク21は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に高純度の水素ガスを高圧で貯留するタンク室(図示せず)を有し、そのタンク室の周囲をCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic:炭素繊維強化プラスチック)や、GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic:ガラス繊維強化プラスチック)等で形成されたカバー(図示せず)で被覆して構成されている。   The hydrogen tank 21 is made of, for example, an aluminum alloy, and has a tank chamber (not shown) for storing high-purity hydrogen gas at a high pressure therein. The periphery of the tank chamber is CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic). : Carbon fiber reinforced plastic) or a cover (not shown) formed of GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) or the like.

前記インタンク電磁弁22は、水素タンク21と一体に構成され、ソレノイドへの通電を制御することにより開閉するようになっている。   The in-tank solenoid valve 22 is configured integrally with the hydrogen tank 21 and opens and closes by controlling energization to the solenoid.

前記水素レギュレータ23は、水素タンク21から供給された高圧の水素ガスを所定の圧力に減圧して燃料電池スタック10に供給する減圧機能を有している。なお、水素レギュレータ5は、例えば、カソード系30の圧力が信号圧として入力されることにより開弁するようになっている。   The hydrogen regulator 23 has a pressure reducing function for reducing the high pressure hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 21 to a predetermined pressure and supplying it to the fuel cell stack 10. For example, the hydrogen regulator 5 is opened when the pressure of the cathode system 30 is input as a signal pressure.

前記エゼクタ24は、燃料電池スタック10のアノードから排出された未反応の水素を、燃料電池スタック10のアノードに戻して循環させるための真空ポンプの一種である。   The ejector 24 is a kind of vacuum pump for circulating unreacted hydrogen discharged from the anode of the fuel cell stack 10 back to the anode of the fuel cell stack 10.

前記パージ弁25は、配管26dの配管26eよりも下流側に設けられ、定期的に開閉して発電性能が損なわれるのを防止する機能を有している。これは、水素の有効利用としてアノード系20において水素を循環させているので、発電が継続されて電解質膜を介してカソードからアノードに生成水や窒素などの不純物が透過すると、アノード系20の水素濃度が低下して発電性能が低下するからである。   The purge valve 25 is provided on the downstream side of the pipe 26e of the pipe 26d, and has a function of periodically opening and closing to prevent the power generation performance from being impaired. This is because hydrogen is circulated in the anode system 20 as an effective use of hydrogen, and when power generation continues and impurities such as generated water and nitrogen permeate from the cathode to the anode through the electrolyte membrane, the hydrogen of the anode system 20 This is because the power generation performance is reduced due to a decrease in concentration.

前記カソード系30は、エアポンプ31、加湿器32、背圧弁33、配管34b〜34eなどを含んで構成されている。また、エアポンプ31の出口と、加湿器32の乾燥エア(供給ガス)の入口とは配管34bを介して接続されている。加湿器32の加湿後のエアの出口と、燃料電池スタック10のカソードの入口とは配管34cを介して接続されている。カソードの出口と、加湿器32の湿潤エア(排出オフガス)の入口とは配管34dを介して接続されている。加湿器32の湿潤エアの出口と、背圧弁33とは配管34eを介して接続されている。   The cathode system 30 includes an air pump 31, a humidifier 32, a back pressure valve 33, pipes 34b to 34e, and the like. Moreover, the outlet of the air pump 31 and the inlet of the dry air (supply gas) of the humidifier 32 are connected via a pipe 34b. The air outlet after humidification of the humidifier 32 and the inlet of the cathode of the fuel cell stack 10 are connected via a pipe 34c. The outlet of the cathode and the inlet of the humid air (exhaust off gas) of the humidifier 32 are connected via a pipe 34d. The humid air outlet of the humidifier 32 and the back pressure valve 33 are connected via a pipe 34e.

前記エアポンプ31は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、外気を取り込んで圧縮した圧縮空気を燃料電池スタック10のカソードに供給する機能を有している。   The air pump 31 is composed of a supercharger or the like driven by a motor, and has a function of supplying compressed air compressed by taking in outside air to the cathode of the fuel cell stack 10.

前記加湿器32は、例えば、複数の水透過性の膜を束ねてケースに収容した中空糸膜モジュールを備え、中空糸膜の内側と外側の一側にエアポンプ31からの空気を流通させ、他側に燃料電池スタック10のカソードから排出された排出オフガス(湿潤な空気、生成水)を流通させることにより、エアポンプ31からの乾燥した空気を加湿する機能を有している。   The humidifier 32 includes, for example, a hollow fiber membrane module in which a plurality of water permeable membranes are bundled and accommodated in a case, and air from the air pump 31 is circulated on one side of the inside and outside of the hollow fiber membrane. It has a function of humidifying the dry air from the air pump 31 by circulating the exhaust off-gas (wet air, generated water) discharged from the cathode of the fuel cell stack 10 on the side.

前記背圧弁33は、例えばバタフライ弁により構成され、その開度を制御することにより燃料電池スタック10のカソード系30の圧力を制御する機能を有している。   The back pressure valve 33 is constituted by, for example, a butterfly valve, and has a function of controlling the pressure of the cathode system 30 of the fuel cell stack 10 by controlling the opening thereof.

なお、パージ弁25の下流側および背圧弁33の下流側には希釈ボックス(図示せず)が設けられており、パージ弁25を開弁したときに燃料電池スタック10のアノード系20から排出された水素が、希釈ボックス内でカソード系30から排出されたオフガスによって所定の水素濃度に希釈された後に系外(車外)に排出されるように構成されている。   A dilution box (not shown) is provided on the downstream side of the purge valve 25 and the downstream side of the back pressure valve 33, and is discharged from the anode system 20 of the fuel cell stack 10 when the purge valve 25 is opened. The hydrogen is diluted outside the system (outside the vehicle) after being diluted to a predetermined hydrogen concentration by the off-gas discharged from the cathode system 30 in the dilution box.

前記制御系40は、ECU(Electronic Control Unit)41、タンク内温度センサ42、タンク内圧力センサ43、流量センサ44を含んで構成されている。   The control system 40 includes an ECU (Electronic Control Unit) 41, a tank internal temperature sensor 42, a tank internal pressure sensor 43, and a flow rate sensor 44.

前記ECU41は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、プログラムなどで構成され、本実施形態の燃料消費量算出手段、圧力閾値設定手段、および故障判定手段を備えている。また、ECU41は、インタンク電磁弁22、パージ弁25、背圧弁33を開閉制御し、エアポンプ31のモータの回転速度を制御する。なお、パージ弁25および背圧弁33については、制御線の図示を省略している。また、ECU41は、後記する、タンク内温度センサ42、タンク内圧力センサ43および流量センサ44と信号線を介して接続され、タンク内温度、タンク内圧力、流量を取得するように構成されている。   The ECU 41 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, a program, and the like, and includes a fuel consumption calculation unit, a pressure threshold setting unit, and a failure determination unit according to this embodiment. The ECU 41 controls the opening / closing of the in-tank electromagnetic valve 22, the purge valve 25, and the back pressure valve 33 to control the rotation speed of the motor of the air pump 31. Note that the control lines of the purge valve 25 and the back pressure valve 33 are not shown. The ECU 41 is connected to a tank temperature sensor 42, a tank pressure sensor 43, and a flow rate sensor 44, which will be described later, through signal lines, and is configured to acquire the tank temperature, the tank pressure, and the flow rate. .

前記タンク内温度センサ42は、水素タンク21内に設けられ、水素タンク21内の温度を検出する機能を有している。このタンク内温度センサ42は、例えば、インタンク電磁弁22と一体に構成されている。   The tank internal temperature sensor 42 is provided in the hydrogen tank 21 and has a function of detecting the temperature in the hydrogen tank 21. The tank internal temperature sensor 42 is configured integrally with the in-tank electromagnetic valve 22, for example.

前記タンク内圧力センサ43は、水素タンク21内の圧力を検出する機能を有し、インタンク電磁弁22と水素レギュレータ23との間の配管26aに設けられている。なお、タンク内圧力センサ43は、水素タンク21内に設けられたものでもよい。   The tank internal pressure sensor 43 has a function of detecting the pressure in the hydrogen tank 21 and is provided in a pipe 26 a between the in-tank electromagnetic valve 22 and the hydrogen regulator 23. The tank internal pressure sensor 43 may be provided in the hydrogen tank 21.

前記流量センサ44は、水素タンク21から燃料電池スタック10に向けて供給される水素の流量を検出する機能を有し、例えば配管26b(または配管26a)に設けられている。本実施形態では、流量センサ44から得られる流量(検出値)を積算することにより、水素消費量を算出できるようになっている。なお、流量センサ44を配管26a,26bに設けることにより、燃料電池スタック10から排出されて循環する水素が水素消費量に加算されることがない。   The flow sensor 44 has a function of detecting the flow rate of hydrogen supplied from the hydrogen tank 21 toward the fuel cell stack 10, and is provided, for example, in the pipe 26b (or the pipe 26a). In the present embodiment, the hydrogen consumption amount can be calculated by integrating the flow rate (detected value) obtained from the flow rate sensor 44. By providing the flow rate sensor 44 in the pipes 26a and 26b, hydrogen discharged from the fuel cell stack 10 and circulated is not added to the hydrogen consumption.

次に、第1実施形態の燃料電池システムの動作について図2を参照(適宜、図1を参照)しながら説明する。
まず、ステップS101において、イグニッションがオンされて、発電開始時または発電中、ECU41は、メモリなどに記憶されていた水素消費量をリセットするとともに、タンク内圧力センサ43によって検出される水素タンク21内のタンク内圧力P1を検出して記憶する。このときの水素消費量を初期タンク内圧力P1とする。なお、発電時には、インタンク電磁弁22が開かれて燃料電池スタック10のアノードに水素が供給され、エアポンプ31が駆動されてカソードに加湿空気が供給されることで水素と空気中の酸素との電気化学反応によって発電が行われる。
Next, the operation of the fuel cell system of the first embodiment will be described with reference to FIG. 2 (refer to FIG. 1 as appropriate).
First, in step S101, when the ignition is turned on and power generation is started or during power generation, the ECU 41 resets the hydrogen consumption stored in the memory or the like, and detects the inside of the hydrogen tank 21 detected by the tank pressure sensor 43. The tank internal pressure P1 is detected and stored. The amount of hydrogen consumed at this time is defined as an initial tank internal pressure P1. During power generation, the in-tank solenoid valve 22 is opened, hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell stack 10, the air pump 31 is driven, and humidified air is supplied to the cathode, so that hydrogen and oxygen in the air are mixed. Electricity is generated by an electrochemical reaction.

そして、ステップS102に進み、ECU41は、流量センサ44から得られる流量(積算流量)に基づいて算出された水素消費量が所定値1を超えたか否かを判断する。なお、この所定値1とは、予め任意に決められる値である。また、このステップS102が、本実施形態における燃料消費量算出手段が実施する処理に相当する。ステップS102において、ECU41は、水素消費量が所定値1以下であると判断した場合には(No)、水素消費量が所定値1を超えるまでステップS102を繰り返し、水素消費量が所定値1を超えたと判断した場合には(Yes)、所定量の水素が消費されたと判断して、ステップS103に進む。   In step S102, the ECU 41 determines whether the hydrogen consumption calculated based on the flow rate (integrated flow rate) obtained from the flow rate sensor 44 exceeds a predetermined value 1. The predetermined value 1 is a value that is arbitrarily determined in advance. Further, this step S102 corresponds to the processing performed by the fuel consumption amount calculation means in the present embodiment. In step S102, when the ECU 41 determines that the hydrogen consumption is equal to or less than the predetermined value 1 (No), the ECU 41 repeats step S102 until the hydrogen consumption exceeds the predetermined value 1, and the hydrogen consumption reaches the predetermined value 1. If it is determined that it has exceeded (Yes), it is determined that a predetermined amount of hydrogen has been consumed, and the process proceeds to step S103.

ステップS103では、ECU41は、水素消費量(所定値1)に応じた圧力に相当する所定値2(圧力閾値)を設定する。この所定値2は、例えば予め実験等で求めておいた図3に示すようなマップに基づいて設定される。なお、マップに限定されるものではなく、関数やテーブルなどを用いて設定してもよい。なお、このステップS103が、本実施形態での圧力閾値設定手段が実施する処理に相当する。   In step S103, the ECU 41 sets a predetermined value 2 (pressure threshold) corresponding to the pressure corresponding to the hydrogen consumption (predetermined value 1). This predetermined value 2 is set based on a map as shown in FIG. The map is not limited to the map, and may be set using a function or a table. In addition, this step S103 corresponds to the process which the pressure threshold value setting means in this embodiment implements.

そして、ステップS104に進み、ECU41は、水素消費量が所定値1を超えたときの、タンク内圧力センサ43で検出される水素タンク21内のタンク内圧力P2を検出して記憶する。   In step S104, the ECU 41 detects and stores the tank internal pressure P2 in the hydrogen tank 21 detected by the tank internal pressure sensor 43 when the hydrogen consumption exceeds a predetermined value 1.

そして、ステップS105に進み、ECU41は、ステップS101で検出した初期タンク内圧力P1からステップS104で検出したタンク内圧力P2を減算した圧力差(P1−P2)が所定値2よりも小さいか否かを判断する。なお、このステップS105が、本実施形態の故障判定手段が実施する処理に相当する。   In step S105, the ECU 41 determines whether or not a pressure difference (P1-P2) obtained by subtracting the tank internal pressure P2 detected in step S104 from the initial tank internal pressure P1 detected in step S101 is smaller than a predetermined value 2. Judging. Note that step S105 corresponds to the process performed by the failure determination unit of the present embodiment.

ステップS105において、ECU41は、圧力差(P1−P2)が所定値2よりも小さいと判断した場合には(Yes)、ステップS106に進み、タンク内圧力センサ43は故障していると判断する。また、ステップS105において、ECU41は、圧力差(P1−P2)が所定値2以上であると判断した場合には(No)、タンク内圧力センサ43は正常であると判断して、ステップS101に戻る。   In step S105, when the ECU 41 determines that the pressure difference (P1-P2) is smaller than the predetermined value 2 (Yes), the ECU 41 proceeds to step S106, and determines that the tank pressure sensor 43 has failed. In step S105, if the ECU 41 determines that the pressure difference (P1-P2) is equal to or greater than the predetermined value 2 (No), the ECU 41 determines that the tank pressure sensor 43 is normal and proceeds to step S101. Return.

このステップS105の故障判定について具体例を挙げて説明すると、例えば、初期タンク内圧力P1が35MPa(350気圧)であって、所定値1(水素消費量)として300リットルが消費されたときの所定値2(圧力閾値)が3MPaであった場合、タンク内圧力センサ43によってタンク内圧力P2が32MPaであると検出されれば、検出された圧力差(P1−P2)は3MPaで同じ値になるので、タンク内圧力センサ43は正常であると判断される。また、タンク内圧力センサ43によって検出されたタンク内圧力P2が実際よりも多い34MPaであると検出された場合には、圧力差(P1−P2)は1MPaとなって所定値2(3MPa)よりも小さくなるので、タンク内圧力センサ43は故障していると判断される。また、タンク内圧力センサ43によって検出されたタンク内圧力P2が実際よりも少ない30MPaであると検出された場合には、圧力差(P1−P2)は5MPaとなって所定値2よりも大きくなるが、タンク内圧力センサ43は正常であると判断される。つまり、本実施形態(ステップS105)において、圧力差(P1−P2)が所定値2よりも小さい場合のみを故障と判断しているのは、圧力差(P1−P2)が所定値2よりも小さいということはタンク内圧力P2が実際よりも多く見積もられている、つまり水素タンク21内に実際よりも多くの水素が残っていると判断されることを主に防止するためである。   The failure determination in step S105 will be described with a specific example. For example, when the initial tank internal pressure P1 is 35 MPa (350 atm) and a predetermined value 1 (hydrogen consumption) is consumed, 300 liters is consumed. When the value 2 (pressure threshold) is 3 MPa, if the tank pressure sensor 43 detects that the tank pressure P2 is 32 MPa, the detected pressure difference (P1−P2) becomes the same value at 3 MPa. Therefore, it is determined that the tank pressure sensor 43 is normal. When the tank pressure P2 detected by the tank pressure sensor 43 is detected to be 34 MPa, which is higher than the actual pressure, the pressure difference (P1−P2) is 1 MPa, and the predetermined value 2 (3 MPa). Therefore, it is determined that the tank pressure sensor 43 is out of order. When the tank pressure P2 detected by the tank pressure sensor 43 is detected to be 30 MPa, which is smaller than the actual pressure, the pressure difference (P1-P2) is 5 MPa, which is larger than the predetermined value 2. However, it is determined that the tank pressure sensor 43 is normal. In other words, in the present embodiment (step S105), only when the pressure difference (P1-P2) is smaller than the predetermined value 2 is determined as a failure, the pressure difference (P1-P2) is smaller than the predetermined value 2. The reason why the pressure is small is mainly to prevent the tank internal pressure P2 from being estimated more than the actual pressure, that is, determining that more hydrogen than the actual pressure remains in the hydrogen tank 21.

そして、タンク内圧力センサ43が故障していると判断された場合には(S106、Yes)、ステップS107に進み、燃料電池スタック10の発電を停止する。すなわち、インタンク電磁弁22を閉じて水素タンク21から燃料電池スタック10のアノードへの水素の供給を停止し、エアポンプ31を停止して燃料電池スタック10のカソードへの空気の供給を停止する。   If it is determined that the tank pressure sensor 43 has failed (S106, Yes), the process proceeds to step S107, and the power generation of the fuel cell stack 10 is stopped. That is, the in-tank electromagnetic valve 22 is closed to stop the supply of hydrogen from the hydrogen tank 21 to the anode of the fuel cell stack 10, and the air pump 31 is stopped to stop the supply of air to the cathode of the fuel cell stack 10.

このように第1実施形態の燃料電池システム1Aでは、発電時において、タンク内圧力センサ43により検出された圧力差と、水素消費量に応じて設定された圧力閾値とを比較して、タンク内圧力センサ43の故障検知が行えるため、タンク内圧力センサ43の故障時における燃料電池システム1Aによる誤制御(後記する)を防止することが可能になる。例えば、水素タンク21内の水素が実際よりも多く残っていると誤検出するような故障の場合でも、タンク内圧力センサ43の故障を検知できるので、水素不足で発電が継続されることがなくなり、燃料電池スタック10、特に膜(触媒を含むアノードおよびカソード)の劣化が進行するような誤制御を防止できる。   As described above, in the fuel cell system 1A of the first embodiment, during power generation, the pressure difference detected by the tank pressure sensor 43 is compared with the pressure threshold value set according to the hydrogen consumption amount. Since the failure of the pressure sensor 43 can be detected, it is possible to prevent erroneous control (described later) by the fuel cell system 1A when the tank pressure sensor 43 fails. For example, even in the case of a malfunction that erroneously detects that more hydrogen is left in the hydrogen tank 21 than in actuality, the malfunction of the tank pressure sensor 43 can be detected, so that power generation is not continued due to insufficient hydrogen. Further, it is possible to prevent erroneous control such that deterioration of the fuel cell stack 10, particularly the membrane (anode and cathode including the catalyst) progresses.

また、第1実施形態の燃料電池システム1Aでは、タンク内圧力センサ43が故障していると判断された場合には、発電を停止するため、残水素量の把握が正確に行えないまま発電が継続されることにより膜劣化が促進するのを防止することができる。   Further, in the fuel cell system 1A of the first embodiment, when it is determined that the tank pressure sensor 43 is out of order, the power generation is stopped. Therefore, the power generation is performed without accurately grasping the remaining hydrogen amount. By continuing, it can prevent that film deterioration accelerates | stimulates.

(第2実施形態)
図4は第2実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図5は第2実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャートである。なお、第2実施形態の燃料電池システム1Bと第1実施形態の燃料電池システム1Aとの相違点は、流量センサ44に替えて電流センサ45を用いた点のみである。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is an overall configuration diagram showing the fuel cell system of the second embodiment, and FIG. 5 is a flowchart showing failure determination control of the tank pressure sensor in the second embodiment. The difference between the fuel cell system 1B of the second embodiment and the fuel cell system 1A of the first embodiment is only that the current sensor 45 is used instead of the flow rate sensor 44. About the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

前記燃料電池システム1Bにおける電流センサ45は、燃料電池スタック10から負荷(図示せず)に向けて引き出される電流を検出する機能を有している。この電流センサ45により検出される電流を積算することにより、水素消費量を推定することができる。なお、負荷とは、車両であれば走行モータ、蓄電装置、エアポンプ31等の補機類などである。   The current sensor 45 in the fuel cell system 1B has a function of detecting a current drawn from the fuel cell stack 10 toward a load (not shown). By integrating the current detected by the current sensor 45, the hydrogen consumption can be estimated. In addition, if it is a vehicle, a load will be auxiliary machines, such as a travel motor, an electrical storage apparatus, and the air pump 31, etc.

図5に示すように、ステップS201において、イグニッションがオンされて、発電開始時または発電中、ECU41は、メモリなどに記憶されていた積算電流をリセットするとともに、タンク内圧力センサ43によって検出される水素タンク21内の初期タンク内圧力P1を検出して記憶する。   As shown in FIG. 5, in step S201, the ignition is turned on, and at the start of power generation or during power generation, the ECU 41 resets the accumulated current stored in the memory or the like and is detected by the tank internal pressure sensor 43. The initial tank internal pressure P1 in the hydrogen tank 21 is detected and stored.

そして、ステップS202に進み、ECU41は、電流センサ45によって検出される電流の積算値(積算電流量)が所定値3を超えたか否かを判断する。なお、この所定値3とは、予め任意に決められる値である。また、このステップS202が、本実施形態における燃料消費量算出手段が実施する処理に相当する。ステップS202において、ECU41は、積算電流量が所定値3以下であると判断した場合には(No)、積算電流量が所定値3を超えるまでステップS202を繰り返し、積算電流量が所定値3を超えたと判断した場合には(Yes)、所定量の水素が消費されたと判断して、ステップS203に進む。   In step S202, the ECU 41 determines whether or not the integrated value (integrated current amount) of the current detected by the current sensor 45 exceeds a predetermined value 3. The predetermined value 3 is a value that is arbitrarily determined in advance. Further, this step S202 corresponds to the processing executed by the fuel consumption amount calculation means in the present embodiment. In step S202, when the ECU 41 determines that the accumulated current amount is equal to or less than the predetermined value 3 (No), the ECU 41 repeats step S202 until the accumulated current amount exceeds the predetermined value 3, and the accumulated current amount reaches the predetermined value 3. If it is determined that it has exceeded (Yes), it is determined that a predetermined amount of hydrogen has been consumed, and the process proceeds to step S203.

なお、本実施形態では、例えば定期的にパージ弁25が開かれて反応に寄与しない水素(未反応の水素)がパージ(排出)される場合があるので、積算電流量のみに基づいて水素消費量を算出するのではなく、積算電流量から求められる水素消費量と、パージによるパージ量から求められる水素消費量とを加算したものを水素消費量として算出することが好ましい。このときのパージ量は、予め実験等で求められた値を用いることができる。また、本実施形態では、電流に基づいて水素消費量を算出しているが、これに限定されるものではなく、電圧(V)または電力(IV=W)に基づいて水素消費量を算出するようにしてもよい。   In this embodiment, for example, hydrogen that has not contributed to the reaction (unreacted hydrogen) may be purged (discharged) periodically by opening the purge valve 25, so that hydrogen consumption is based only on the accumulated current amount. Rather than calculating the amount, it is preferable to calculate the sum of the hydrogen consumption obtained from the integrated current amount and the hydrogen consumption obtained from the purge amount by purging as the hydrogen consumption amount. As the purge amount at this time, a value obtained in advance through experiments or the like can be used. In the present embodiment, the hydrogen consumption is calculated based on the current, but the present invention is not limited to this, and the hydrogen consumption is calculated based on voltage (V) or power (IV = W). You may do it.

ステップS203では、ECU41は、積算電流量(所定値3)に応じた圧力に相当する所定値4(圧力閾値)を設定する。なお、所定値4は、マップ、テーブル、関数などによって設定される。また、このステップS203が、本実施形態での圧力閾値設定手段が実施する処理に相当する。   In step S203, the ECU 41 sets a predetermined value 4 (pressure threshold) corresponding to the pressure corresponding to the integrated current amount (predetermined value 3). The predetermined value 4 is set by a map, a table, a function, or the like. Further, this step S203 corresponds to the processing performed by the pressure threshold value setting means in the present embodiment.

そして、ステップS204に進み、ECU41は、積算電流量が所定値3を超えたときの、タンク内圧力センサ43で検出される水素タンク21内のタンク内圧力P2を検出して記憶する。   In step S204, the ECU 41 detects and stores the tank internal pressure P2 in the hydrogen tank 21 detected by the tank internal pressure sensor 43 when the integrated current amount exceeds the predetermined value 3.

そして、ステップS205に進み、ECU41は、ステップS201で検出した初期タンク内圧力P1からステップS204で検出したタンク内圧力P2を減算した圧力差(P1−P2)が所定値4よりも小さいか否かを判断する。なお、このステップS205が、本実施形態の故障判定手段が実施する処理に相当する。   In step S205, the ECU 41 determines whether the pressure difference (P1-P2) obtained by subtracting the tank internal pressure P2 detected in step S204 from the initial tank internal pressure P1 detected in step S201 is smaller than a predetermined value 4. Judging. Note that step S205 corresponds to the process performed by the failure determination unit of the present embodiment.

ステップS205において、ECU41は、圧力差(P1−P2)が所定値4よりも小さいと判断した場合には(Yes)、ステップS206に進み、タンク内圧力センサ43は故障していると判断する。また、ステップS205において、ECU41は、圧力差(P1−P2)が所定値4以上であると判断した場合には(No)、タンク内圧力センサ43は正常であると判断して、ステップS201に戻る。ステップS207は、第1実施形態のステップS107と同様である。   In step S205, when the ECU 41 determines that the pressure difference (P1-P2) is smaller than the predetermined value 4 (Yes), the ECU 41 proceeds to step S206, and determines that the tank pressure sensor 43 has failed. In step S205, if the ECU 41 determines that the pressure difference (P1-P2) is equal to or greater than the predetermined value 4 (No), the ECU 41 determines that the tank pressure sensor 43 is normal and proceeds to step S201. Return. Step S207 is the same as step S107 of the first embodiment.

このように第2実施形態の燃料電池システム1Bでは、第1実施形態と同様に、発電時において、タンク内圧力センサ43により検出された圧力差(P1−P2)と、積算電流量およびパージ量に基づいて設定された圧力閾値とを比較して、タンク内圧力センサ43の故障検知が行えるため、タンク内圧力センサ43の故障時に燃料電池システム1Bが誤制御するのを防止することが可能になる。これにより、水素不足で発電が継続されることがないので、燃料電池スタック10の膜(触媒を含むアノードおよびカソード)の劣化が進行(誤制御)するのを防止できる。また、タンク内圧力センサ43が故障していると判断された場合には、発電を停止するため、残水素量の把握が正確に行えないまま発電が継続されることにより膜劣化促進を防止することができる。   As described above, in the fuel cell system 1B of the second embodiment, the pressure difference (P1-P2) detected by the tank pressure sensor 43, the integrated current amount, and the purge amount during power generation, as in the first embodiment. Since the failure of the tank pressure sensor 43 can be detected by comparing the pressure threshold value set based on the fuel pressure, the fuel cell system 1B can be prevented from being erroneously controlled when the tank pressure sensor 43 fails. Become. As a result, since power generation is not continued due to a shortage of hydrogen, it is possible to prevent the deterioration (incorrect control) of the membrane (the anode and the cathode including the catalyst) of the fuel cell stack 10. Further, when it is determined that the tank pressure sensor 43 is out of order, the power generation is stopped, so that the power generation is continued without accurately grasping the remaining hydrogen amount, thereby preventing the deterioration of the membrane. be able to.

(第3実施形態)
図6はタンク内圧力センサの故障判定制御を示す第3実施形形態のフローチャートである。なお、第3実施形態における燃料電池システムは、図1に示す第1実施形態の燃料電池システム1Aと同様である。なお、第3実施形態では、ECU41は、燃料消費量算出手段、圧力閾値設定手段および故障判定手段に加えて、温度変化量検出手段を備えている。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a flowchart of the third embodiment showing the failure determination control of the tank pressure sensor. The fuel cell system in the third embodiment is the same as the fuel cell system 1A in the first embodiment shown in FIG. In the third embodiment, the ECU 41 includes a temperature change amount detection unit in addition to the fuel consumption calculation unit, the pressure threshold setting unit, and the failure determination unit.

まず、ステップS301において、イグニッションがオンされて、発電開始時または発電中、ECU41は、メモリなどに記憶されていた水素消費量をリセットするとともに、タンク内圧力センサ43によって検出される水素タンク21内のタンク内圧力P1を検出し、タンク内温度センサ42によって検出される水素タンク21内のタンク内温度T1を検出して、それぞれを記憶する。この水素消費量をリセットしたときに検出したタンク内圧力およびタンク内温度を、初期タンク内圧力P1および初期タンク温度T1とする。   First, in step S301, when the ignition is turned on and power generation is started or during power generation, the ECU 41 resets the hydrogen consumption stored in the memory or the like, and detects the inside of the hydrogen tank 21 detected by the tank pressure sensor 43. The tank internal pressure P1 is detected, the tank internal temperature T1 in the hydrogen tank 21 detected by the tank internal temperature sensor 42 is detected, and each is stored. The tank internal pressure and the tank internal temperature detected when the hydrogen consumption is reset are defined as an initial tank internal pressure P1 and an initial tank temperature T1.

そして、ステップS302に進み、ECU41は、水素消費量が所定値1を超えたか否かを判断する。なお、このステップS302は、第1実施形態におけるステップS102と同様である。ステップS302において、ECU41は、水素消費量が所定値1以下であると判断した場合には(No)、ステップS302を繰り返し、水素消費量が所定値1を超えたと判断した場合には(Yes)、所定量の水素が消費されたと判断して、ステップS303に進む。   In step S302, the ECU 41 determines whether or not the hydrogen consumption amount exceeds a predetermined value 1. This step S302 is the same as step S102 in the first embodiment. In step S302, when the ECU 41 determines that the hydrogen consumption is less than or equal to the predetermined value 1 (No), the ECU 41 repeats step S302, and when it is determined that the hydrogen consumption exceeds the predetermined value 1 (Yes). Then, it is determined that a predetermined amount of hydrogen has been consumed, and the process proceeds to step S303.

ステップS303では、ECU41は、水素消費量(所定値1)に応じた圧力に相当する所定値2(圧力閾値)を設定する。この所定値2は、マップ、テーブル、関数などによって設定される。なお、このステップS303が、本実施形態での圧力閾値設定手段が実施する処理に相当する。   In step S303, the ECU 41 sets a predetermined value 2 (pressure threshold) corresponding to the pressure corresponding to the hydrogen consumption (predetermined value 1). The predetermined value 2 is set by a map, a table, a function or the like. Note that step S303 corresponds to the processing performed by the pressure threshold value setting unit in the present embodiment.

そして、ステップS304に進み、ECU41は、水素消費量が所定値1を超えたときの、タンク内圧力センサ43で検出される水素タンク21内のタンク内圧力P2と、タンク内温度センサ42で検出される水素タンク21内のタンク内温度T2とを検出してそれぞれ記憶する。   In step S304, the ECU 41 detects the tank internal pressure P2 in the hydrogen tank 21 detected by the tank internal pressure sensor 43 and the tank internal temperature sensor 42 when the hydrogen consumption exceeds a predetermined value 1. The tank temperature T2 in the hydrogen tank 21 to be detected is detected and stored.

そして、ステップS305に進み、ECU41は、ステップS301で検出した初期タンク内圧力P1からステップS304で検出したタンク内圧力P2を減算した圧力差(P1−P2)が所定値2よりも小さいか否かを判断する。なお、所定値2は、第1実施形態と同様にして設定される。このステップS305が、本実施形態における故障判定手段が実施する処理に相当する。ステップS305において、ECU41は、検出した圧力差(P1−P2)が所定値2以上であると判断した場合には(No)、ステップS301に戻り、検出した圧力差(P1−P2)が所定値2よりも小さいと判断した場合には(Yes)、ステップS306に進む。   In step S305, the ECU 41 determines whether or not a pressure difference (P1-P2) obtained by subtracting the tank internal pressure P2 detected in step S304 from the initial tank internal pressure P1 detected in step S301 is smaller than a predetermined value 2. Judging. The predetermined value 2 is set in the same manner as in the first embodiment. This step S305 corresponds to the process performed by the failure determination means in this embodiment. In step S305, when the ECU 41 determines that the detected pressure difference (P1-P2) is equal to or larger than the predetermined value 2 (No), the ECU 41 returns to step S301, and the detected pressure difference (P1-P2) is the predetermined value. If it is determined that it is smaller than 2 (Yes), the process proceeds to step S306.

ステップS306では、ECU41は、ステップS304で検出したタンク内温度T2からステップS301で検出した初期タンク内温度T1を減算した検出温度変化量(T2−T1)が、所定値5よりも小さいか否かを判断する。なお、所定値5は、予め任意に設定される値であり、例えば10℃に設定される。このステップS306が、本実施形態における温度変化量検出手段が実施する処理に相当する。ステップS306において、ECU41は、検出温度変化量(T2−T1)が所定値5よりも小さいと判断した場合には(Yes)、ステップS307に進み、タンク内圧力センサ43は故障していると判断する。また、ECU41は、検出温度変化量(T2−T1)が所定値5以上であると判断した場合には(No)、温度変化量が大き過ぎて圧力変動に大きく影響すると判断してステップS301に戻る。   In step S306, the ECU 41 determines whether or not a detected temperature change amount (T2-T1) obtained by subtracting the initial tank temperature T1 detected in step S301 from the tank temperature T2 detected in step S304 is smaller than a predetermined value 5. Judging. The predetermined value 5 is a value that is arbitrarily set in advance, and is set to 10 ° C., for example. This step S306 corresponds to the processing performed by the temperature change amount detection means in the present embodiment. In step S306, when the ECU 41 determines that the detected temperature change amount (T2-T1) is smaller than the predetermined value 5 (Yes), the ECU 41 proceeds to step S307 and determines that the tank pressure sensor 43 has failed. To do. Further, when the ECU 41 determines that the detected temperature change amount (T2-T1) is equal to or greater than the predetermined value 5 (No), the ECU 41 determines that the temperature change amount is too large and greatly affects the pressure fluctuation, and proceeds to step S301. Return.

このように第3実施形態の燃料電池システムでは、第1実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに第3実施形態では、温度変化量が極端に大きい場合には、水素タンク21内の圧力が大きく変動するため、正確な圧力検出が行い難くなる。よって、温度変化量に基づいてタンク内圧力センサ43の故障検出を行うか否かを判断することにより故障の誤検出を防止することが可能になる。   As described above, the fuel cell system according to the third embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment. Furthermore, in the third embodiment, when the amount of temperature change is extremely large, the pressure in the hydrogen tank 21 fluctuates greatly, making it difficult to accurately detect the pressure. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of a failure by determining whether or not to perform failure detection of the tank pressure sensor 43 based on the temperature change amount.

(第4実施形態)
図7はタンク内圧力センサの故障判定制御を示す第4実施形態のフローチャートである。なお、第4実施形態における燃料電池システムは、図4に示す第2実施形態の燃料電池システム1Bと同様である。また、図7のステップS402〜S406は、第2実施形態における図5のステップS202〜S206と同様であるので説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a flowchart of the fourth embodiment showing the failure determination control of the tank internal pressure sensor. The fuel cell system in the fourth embodiment is the same as the fuel cell system 1B in the second embodiment shown in FIG. Further, steps S402 to S406 in FIG. 7 are the same as steps S202 to S206 in FIG.

図7に示すように、ステップS401では、ECU41は、メモリなどに記憶されていた積算電流量をリセットするとともに、タンク内圧力センサ43によって検出される水素タンク21内のタンク内圧力(初期タンク内圧力)P1を検出し、タンク内温度センサ42によって検出される水素タンク21内のタンク内温度(初期タンク内温度)T1を検出して、それぞれを記憶する。そして、第2実施形態と同様にして、ステップS402〜S406の処理を実行する。   As shown in FIG. 7, in step S 401, the ECU 41 resets the accumulated current amount stored in the memory or the like, and detects the tank internal pressure (initial tank internal pressure) in the hydrogen tank 21 detected by the tank internal pressure sensor 43. Pressure) P1 is detected, and the tank temperature (initial tank temperature) T1 in the hydrogen tank 21 detected by the tank temperature sensor 42 is detected and stored. And the process of step S402-S406 is performed similarly to 2nd Embodiment.

そして、ステップS406において、ECU41は、タンク内圧力センサ43が故障したと判断した場合には、ステップS407に進み、水素タンク21内の代替残水素量を算出する。このときの代替残水素量(代替燃料ガス量)は、ステップS401における初期タンク内温度T1と初期タンク内圧力P1とに基づいて算出した水素タンク21内の初期残水素量から、積算電流量がリセットされたとき(S401)からの発電によって消費された水素量(燃料消費量)およびパージ処理によって排出された水素量(燃料消費量)を減算することによって算出する。ステップ407の処理終了後は、算出した代替残水素量に基づいて発電を継続する。   In step S406, if the ECU 41 determines that the tank pressure sensor 43 has failed, the ECU 41 proceeds to step S407, and calculates the amount of remaining hydrogen in the hydrogen tank 21. The amount of alternative residual hydrogen (alternative fuel gas amount) at this time is obtained by calculating the accumulated current amount from the initial residual hydrogen amount in the hydrogen tank 21 calculated based on the initial tank internal temperature T1 and the initial tank internal pressure P1 in step S401. It is calculated by subtracting the amount of hydrogen consumed by power generation (fuel consumption) from the reset (S401) and the amount of hydrogen discharged by the purge process (fuel consumption). After the processing of step 407 is completed, power generation is continued based on the calculated amount of alternative hydrogen remaining.

なお、イグニッションがオンされて発電が開始された直後の場合、発電による水素消費量およびパージ処理による水素消費量には、イグニッションオン時におけるOCV(Open Circuit Voltage;開回路電圧)チェック時の水素消費量が含まれる。このOCVチェックとは、燃料電池スタック10が発電を行う前に、発電可能な状態かどうかを判断するために必要な手順で、例えば燃料電池スタック10の開回路電圧(開放端電圧ともいう)を用いて判断する。そのときの処理手順としては、パージ弁25を開いた状態でアノード系20の配管26a〜26eを水素で置換することにより行われる。   Note that, immediately after the ignition is turned on and power generation is started, the hydrogen consumption by the power generation and the hydrogen consumption by the purge process include the hydrogen consumption at the time of OCV (Open Circuit Voltage) check at the time of ignition on. Amount included. This OCV check is a procedure necessary to determine whether or not the fuel cell stack 10 can generate power before generating power. For example, the open circuit voltage (also referred to as open-circuit voltage) of the fuel cell stack 10 is determined. Use to judge. The processing procedure at that time is performed by replacing the pipes 26a to 26e of the anode system 20 with hydrogen while the purge valve 25 is opened.

このように第4実施形態の燃料電池システムでは、タンク内圧力センサ43が故障と判断された場合でも、代替残水素量を算出するので、燃料電池スタック10の発電を停止させることなく燃料電池システムの運転を継続することが可能になる。   As described above, in the fuel cell system according to the fourth embodiment, even when it is determined that the tank pressure sensor 43 is out of order, the alternative residual hydrogen amount is calculated. Therefore, the fuel cell system without stopping the power generation of the fuel cell stack 10. It becomes possible to continue driving.

(第5実施形態)
図8はタンク内圧力センサの故障判定制御を示す第5実施形態のフローチャート、図9は水素消費量と推定圧力変化量との関係を示すマップである。なお、第5実施形態における燃料電池システムは、図1に示す第1実施形態の燃料電池システム1Aと同様である。なお、第5実施形態では、ECU41は、燃料消費量算出手段、圧力推定手段および故障判定手段を備えている。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a flowchart of the fifth embodiment showing the failure determination control of the tank pressure sensor, and FIG. 9 is a map showing the relationship between the hydrogen consumption and the estimated pressure change amount. The fuel cell system in the fifth embodiment is the same as the fuel cell system 1A in the first embodiment shown in FIG. In the fifth embodiment, the ECU 41 includes fuel consumption calculation means, pressure estimation means, and failure determination means.

図8に示すように、ステップS502において、ECU41は、流量センサ44から得られる流量(積算流量)に基づいて算出された水素消費量が所定値1を超えたか否かを判断する。なお、この所定値1とは、予め任意に決められる値である。また、このステップS502が、本実施形態における燃料消費量算出手段が実施する処理に相当する。ステップS502において、ECU41は、水素消費量が所定値1以下であると判断した場合には(No)、水素消費量が所定値1を超えるまでステップS502を繰り返し、水素消費量が所定値1を超えたと判断した場合には(Yes)、所定量の水素が消費されたと判断して、ステップS503に進む。   As shown in FIG. 8, in step S <b> 502, the ECU 41 determines whether the hydrogen consumption calculated based on the flow rate (integrated flow rate) obtained from the flow rate sensor 44 exceeds a predetermined value 1. The predetermined value 1 is a value that is arbitrarily determined in advance. Further, this step S502 corresponds to the processing executed by the fuel consumption amount calculation means in the present embodiment. In step S502, when the ECU 41 determines that the hydrogen consumption is equal to or less than the predetermined value 1 (No), the ECU 41 repeats step S502 until the hydrogen consumption exceeds the predetermined value 1, and the hydrogen consumption reaches the predetermined value 1. If it is determined that it has exceeded (Yes), it is determined that a predetermined amount of hydrogen has been consumed, and the process proceeds to step S503.

ステップS503では、ECU41は、水素消費量(所定値1)に基づいて水素タンク21内の減少した圧力変化量ΔPを推定する。なお、このときの推定圧力変化量ΔPは、例えば、予め実験等で求めておいた図9に示すようなマップに基づいて設定される。なお、マップに限定されるものではなく、関数やテーブルなどを用いて設定してもよい。なお、このステップS503が、本実施形態での圧力推定手段が実施する処理に相当する。   In step S503, the ECU 41 estimates the reduced pressure change amount ΔP in the hydrogen tank 21 based on the hydrogen consumption (predetermined value 1). The estimated pressure change amount ΔP at this time is set based on, for example, a map as shown in FIG. The map is not limited to the map, and may be set using a function or a table. Note that step S503 corresponds to the processing performed by the pressure estimation unit in the present embodiment.

そして、ステップS504に進み、ECU41は、水素消費量が所定値1を超えたときの、タンク内圧力センサ43で検出される水素タンク21内のタンク内圧力P2を検出して記憶する。   In step S504, the ECU 41 detects and stores the tank pressure P2 in the hydrogen tank 21 detected by the tank pressure sensor 43 when the hydrogen consumption exceeds a predetermined value 1.

そして、ステップS505に進み、ECU41は、ステップS501で検出した初期タンク内圧力P1からステップS504で検出したタンク内圧力P2を減算した圧力P1−P2(以下、検出圧力変化量とする)と、ステップS503で推定した圧力変化量ΔP(推定圧力変化量とする)との差の絶対値が、所定値6よりも大きいか否かを判断する。なお、所定値6は、予め任意に設定される値であり、例えばタンク内圧力センサ43の故障判定をすることが可能な許容誤差を含む値に設定される。また、このステップS505が、本実施形態の故障判定手段が実施する処理に相当する。   In step S505, the ECU 41 subtracts the tank internal pressure P2 detected in step S504 from the initial tank internal pressure P1 detected in step S501 (hereinafter referred to as a detected pressure change amount), and a step. It is determined whether or not the absolute value of the difference from the pressure change amount ΔP (estimated pressure change amount) estimated in S503 is greater than a predetermined value 6. The predetermined value 6 is a value that is arbitrarily set in advance. For example, the predetermined value 6 is set to a value that includes an allowable error capable of determining a failure of the tank pressure sensor 43. Further, this step S505 corresponds to the processing performed by the failure determination means of this embodiment.

ステップS505において、ECU41は、検出圧力変化量(P1−P2)と推定圧力変化量(ΔP)との差が所定値2よりも大きいと判断した場合には(Yes)、故障判定するには圧力差が大きすぎると判断して、ステップS506に進み、タンク内圧力センサ43は故障していると判断する。また、ステップS505において、ECU41は、検出圧力変化量(P1−P2)と推定圧力変化量(ΔP)との差が所定値2以下であると判断した場合には(No)、圧力差が許容範囲内であると判断つまりタンク内圧力センサ43は正常であると判断して、ステップS501に戻る。ステップS506、S507は、第1実施形態でのステップS106、S107と同様である。   In step S505, if the ECU 41 determines that the difference between the detected pressure change amount (P1−P2) and the estimated pressure change amount (ΔP) is larger than the predetermined value 2 (Yes), the ECU 41 determines the pressure to determine the failure. It is determined that the difference is too large, and the process proceeds to step S506, where it is determined that the tank pressure sensor 43 has failed. In step S505, if the ECU 41 determines that the difference between the detected pressure change amount (P1-P2) and the estimated pressure change amount (ΔP) is equal to or less than the predetermined value 2 (No), the pressure difference is allowed. It is determined that it is within the range, that is, it is determined that the tank pressure sensor 43 is normal, and the process returns to step S501. Steps S506 and S507 are the same as steps S106 and S107 in the first embodiment.

このように第5実施形態の燃料電池システムでは、発電時において、タンク内圧力センサ43により検出された圧力(検出圧力変化量)と、水素消費量に基づいて推定された圧力(推定圧力変化量)との差から、タンク内圧力センサ43の故障検知が行えるため、タンク内圧力センサ43の故障時における燃料電池システム1Aによる誤制御を防止することが可能になる。例えば、水素タンク21内の水素が実際よりも多く残っていると誤検出するような故障の場合でも、タンク内圧力センサ43の故障を検知できるので、水素不足で発電が継続されることがなくなり、燃料電池スタック10、特に膜(触媒を含むアノードおよびカソード)の劣化が進行するような誤制御を防止できる。   Thus, in the fuel cell system of the fifth embodiment, during power generation, the pressure (detected pressure change amount) detected by the tank pressure sensor 43 and the pressure estimated based on the hydrogen consumption (estimated pressure change amount). ), The failure detection of the tank pressure sensor 43 can be detected, and therefore it is possible to prevent erroneous control by the fuel cell system 1A when the tank pressure sensor 43 fails. For example, even in the case of a malfunction that erroneously detects that more hydrogen is left in the hydrogen tank 21 than in actuality, the malfunction of the tank pressure sensor 43 can be detected, so that power generation is not continued due to insufficient hydrogen. Further, it is possible to prevent erroneous control such that deterioration of the fuel cell stack 10, particularly the membrane (anode and cathode including the catalyst) progresses.

また、第5実施形態の燃料電池システムでは、タンク内圧力センサ43が故障していると判断された場合には、発電を停止するため、残水素量の把握が正確に行えないまま発電が継続されることにより膜劣化が促進するのを防止することができる。   Further, in the fuel cell system of the fifth embodiment, when it is determined that the tank pressure sensor 43 has failed, the power generation is stopped, so that the power generation continues without being able to accurately grasp the remaining hydrogen amount. As a result, it is possible to prevent film deterioration from being promoted.

なお、前記した第5実施形態では、検出圧力変化量(P1−P2)と推定圧力変化量(ΔP)との差に基づいて故障判定を行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、タンク内圧力センサ43から検出される初期タンク内圧力(P1)から燃料消費量から推定された推定圧力変化量(ΔP)を減算したときの現在の圧力(P1−ΔP)と、タンク内圧力センサ43から検出される現在の圧力(P2)との差((P1−ΔP)−P2>所定値2)に基づいて故障判定してもよい。   In the fifth embodiment described above, the failure determination is performed based on the difference between the detected pressure change amount (P1−P2) and the estimated pressure change amount (ΔP). However, the present invention is not limited to this. The current pressure (P1−ΔP) when the estimated pressure change amount (ΔP) estimated from the fuel consumption is subtracted from the initial tank pressure (P1) detected by the tank pressure sensor 43, and the tank pressure The failure may be determined based on the difference ((P1−ΔP) −P2> predetermined value 2) from the current pressure (P2) detected from the sensor 43.

また、第1〜第4実施形態において、第5実施形態における検出圧力変化量と推定圧力変化量に基づいて故障判定を行うようにしてもよい。また、第4実施形態の代替残水素量算出の処理(S407)を第1実施形態〜第3実施形態および第5実施形態に適用してもよい。 In the first to fourth embodiments, the failure determination may be performed based on the detected pressure change amount and the estimated pressure change amount in the fifth embodiment. Moreover, you may apply the process (S407) of alternative hydrogen amount calculation of 4th Embodiment to 1st Embodiment-3rd Embodiment and 5th Embodiment.

第1実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the fuel cell system of a 1st embodiment. 第1実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows failure determination control of the tank internal pressure sensor in 1st Embodiment. 所定値1と所定値2との関係を示すマップである。3 is a map showing a relationship between a predetermined value 1 and a predetermined value 2. 第2実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows failure determination control of the tank internal pressure sensor in 2nd Embodiment. 第3実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the failure determination control of the tank internal pressure sensor in 3rd Embodiment. 第4実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows failure determination control of the tank internal pressure sensor in 4th Embodiment. 第5実施形態におけるタンク内圧力センサの故障判定制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the failure determination control of the tank internal pressure sensor in 5th Embodiment. 水素消費量と推定圧力変化量との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between hydrogen consumption and the estimated pressure change amount.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
21 水素タンク
41 ECU
42 タンク内温度センサ(容器内温度検出手段)
43 タンク内圧力センサ(容器内圧力検出手段)
44 流量センサ
45 電流センサ
1 Fuel Cell System 10 Fuel Cell Stack 21 Hydrogen Tank 41 ECU
42 Tank temperature sensor (container temperature detection means)
43 In-tank pressure sensor (in-container pressure detection means)
44 Flow sensor 45 Current sensor

Claims (5)

燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵容器と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を検出する容器内圧力検出手段と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の温度を検出する容器内温度検出手段と、を備え、
前記燃料ガス貯蔵容器内の前記圧力と前記温度とに基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の残燃料ガス量を推定し、前記残燃料ガス量に基づいて前記燃料電池スタックの運転を制御する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスの燃料消費量を算出する燃料消費量算出手段と、
前記燃料消費量算出手段により算出された燃料消費量に応じた圧力に相当する圧力閾値を設定する圧力閾値設定手段と、
前記容器内圧力検出手段により検出された圧力と、前記圧力閾値設定手段により設定された圧力閾値とに基づいて前記容器内圧力検出手段の故障を判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power; and
A fuel gas storage container for storing fuel gas supplied to the fuel cell stack;
In-container pressure detection means for detecting the pressure in the fuel gas storage container;
An in-container temperature detecting means for detecting the temperature in the fuel gas storage container,
A fuel cell that estimates an amount of remaining fuel gas in the fuel gas storage container based on the pressure and temperature in the fuel gas storage container and controls operation of the fuel cell stack based on the amount of remaining fuel gas In the system,
Fuel consumption calculation means for calculating the fuel consumption of the fuel gas;
Pressure threshold value setting means for setting a pressure threshold value corresponding to the pressure corresponding to the fuel consumption amount calculated by the fuel consumption amount calculation means;
A failure determination means for determining a failure of the internal pressure detection means based on the pressure detected by the internal pressure detection means and the pressure threshold set by the pressure threshold setting means;
A fuel cell system comprising:
燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵容器と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を検出する容器内圧力検出手段と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の温度を検出する容器内温度検出手段と、を備え、
前記燃料ガス貯蔵容器内の前記圧力と前記温度とに基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の残燃料ガス量を推定し、前記残燃料ガス量に基づいて前記燃料電池スタックの運転を制御する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスの燃料消費量を算出する燃料消費量算出手段と、
前記燃料消費量算出手段により算出された燃料消費量に基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を推定する圧力推定手段と、
前記容器内圧力検出手段により検出された圧力と、前記圧力推定手段により推定された圧力とに基づいて前記容器内圧力検出手段の故障を判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power; and
A fuel gas storage container for storing fuel gas supplied to the fuel cell stack;
In-container pressure detection means for detecting the pressure in the fuel gas storage container;
An in-container temperature detecting means for detecting the temperature in the fuel gas storage container,
A fuel cell that estimates an amount of remaining fuel gas in the fuel gas storage container based on the pressure and temperature in the fuel gas storage container and controls operation of the fuel cell stack based on the amount of remaining fuel gas In the system,
Fuel consumption calculation means for calculating the fuel consumption of the fuel gas;
Pressure estimating means for estimating the pressure in the fuel gas storage container based on the fuel consumption calculated by the fuel consumption calculating means;
A failure determination unit that determines a failure of the internal pressure detection unit based on the pressure detected by the internal pressure detection unit and the pressure estimated by the pressure estimation unit;
A fuel cell system comprising:
前記燃料ガス貯蔵容器内の温度変化量を検出する温度変化量検出手段を備え、
前記故障判定手段は、前記温度変化量検出手段により検出された温度変化量に基づいて、故障判定を行うか否かを判断することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
A temperature change amount detecting means for detecting a temperature change amount in the fuel gas storage container;
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the failure determination unit determines whether or not to perform a failure determination based on a temperature change amount detected by the temperature change amount detection unit. system.
前記故障判定手段により故障と判断された場合には、前記燃料電池スタックの発電を停止することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 1, wherein power generation of the fuel cell stack is stopped when the failure determination unit determines that a failure has occurred. 5. 前記故障判定手段により故障と判定された場合には、前記故障判定手段による故障判定前に算出した前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量から前記燃料電池スタックの発電によって消費された燃料消費量およびパージ処理によって排出された燃料消費量を減算して代替残燃料ガス量を算出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   When it is determined that the failure is determined by the failure determination unit, the amount of fuel consumed by the power generation of the fuel cell stack from the amount of fuel gas in the fuel gas storage container calculated before the failure determination by the failure determination unit and The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein an alternative remaining fuel gas amount is calculated by subtracting a fuel consumption amount discharged by the purge process.
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