JP2009021024A - Fuel cell system and mobile unit - Google Patents

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芳信 蓮香
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system in which the supply of a fuel gas to a fuel cell at the time of system starting is made optimal, and a mobile unit. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is provided with a fuel cell 10, a fuel supply passage 3 to supply the fuel gas to the fuel cell 10, an opening and closing valve 35 which adjusts a gas state at the upstream side of the fuel supply passage 3 and supplies the gas to the downstream side, a control device 4 which controls the drive of the opening and closing valve 35, and a pressure sensor 41 which measures gas pressure at the upstream side of the fuel supply passage 3. The control device 4 starts the control of the opening and closing valve 35 when the gas pressure measured by the pressure sensor 41 exceeds prescribed pressure at the time of the starting of the system. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システム及び移動体に関し、特に、燃料電池への燃料ガスの供給を制御する技術に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system and a moving body, and more particularly to a technique for controlling the supply of fuel gas to a fuel cell.

近年、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いる。   In recent years, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving 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 channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell.

このような燃料電池システムとして、燃料供給流路にインジェクタを配置し、インジェクタの作動状態を制御することにより燃料電池への燃料の供給を制御するシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。このような燃料電池システムにおいては、システムの始動時は、燃料ガスが燃料供給源から燃料供給流路に供給されてから一定時間経過後に、インジェクタの制御を開始するようになっている。   As such a fuel cell system, a system that controls the supply of fuel to the fuel cell by arranging an injector in the fuel supply channel and controlling the operating state of the injector has been proposed (for example, Patent Document 1). . In such a fuel cell system, at the time of starting the system, the control of the injector is started after a lapse of a certain time after the fuel gas is supplied from the fuel supply source to the fuel supply channel.

特開２００５−３２７５９７JP-A-2005-327597

しかしながら、このような燃料電池システムにおいては、燃料供給源のガス圧力が低い状態でシステムを始動すると、インジェクタ上流のガス圧が低い状態のままでインジェクタの制御が開始されてしまう虞がある。この場合、燃料電池に供給される燃料ガスの量が不足することにより燃料ガスの供給量に見合わない過量の発電が行われ、電解質ひいては燃料電池の劣化を招いてしまう。   However, in such a fuel cell system, if the system is started in a state where the gas pressure of the fuel supply source is low, the control of the injector may start while the gas pressure upstream of the injector remains low. In this case, an insufficient amount of fuel gas supplied to the fuel cell causes an excessive amount of power generation that does not match the amount of fuel gas supplied, leading to deterioration of the electrolyte and thus the fuel cell.

一方で、このような不具合を避けるために、燃料供給源のガス圧力が一番低い状態に合わせて上記一定時間を長めに設定したとすると、燃料料供給源のガス圧力が高くインジェクタ上流のガス圧が短時間で高くなる場合でも、常に一定時間を待ってインジェクタの制御を開始することになるから、システム始動に要する時間が長くなり、システム全体としての応答性が低下してしまう。   On the other hand, in order to avoid such a problem, assuming that the predetermined time is set to be long in accordance with the lowest gas pressure of the fuel supply source, the gas pressure of the fuel supply source is high and the gas upstream of the injector Even when the pressure increases in a short time, the control of the injector is always started after waiting for a certain time, so that the time required for starting the system becomes long and the responsiveness of the entire system is lowered.

そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、システム始動時における燃料電池への燃料ガスの供給を最適化する燃料電池システム及び移動体を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a fuel cell system and a moving body that optimize the supply of fuel gas to the fuel cell at the time of starting the system. It is in.

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給流路と、前記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、前記開閉弁の駆動を制御する制御装置と、前記燃料供給流路の上流側のガス圧を測定する圧力センサと、を備え、前記制御装置は、システム始動時において、前記圧力センサにより測定されたガス圧が所定の圧力を超えたことを検知ときに、前記開閉弁の制御を開始する。   In the present invention, the following means are adopted in order to solve the above-mentioned problems. That is, the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell, a fuel supply channel that supplies fuel gas to the fuel cell, and an open / close that adjusts the gas state upstream of the fuel supply channel and supplies it downstream. A valve, a control device that controls the driving of the on-off valve, and a pressure sensor that measures a gas pressure upstream of the fuel supply flow path. When it is detected that the measured gas pressure exceeds a predetermined pressure, control of the on-off valve is started.

この構成によれば、燃料供給流路の上流側のガス圧が所定の圧力を超えたことを検知したときに開閉弁の制御が開始されるので、上流側のガス圧が所定の圧力より低い状態で開閉弁の制御が行われることはなく、始動時から所望の流量の燃料ガスを燃料電池に供給することができる。すなわち、燃料電池における燃料ガス不足を防止できる。また、所定の圧力を超えたときに開閉弁の制御を開始できるので、常に一定時間待って開閉弁を制御するときのようなタイミングロスは発生しない。すなわち、燃料電池への燃料ガスの供給のタイミングを最適化することができる。   According to this configuration, the control of the on-off valve is started when it is detected that the gas pressure on the upstream side of the fuel supply passage exceeds a predetermined pressure, so the upstream gas pressure is lower than the predetermined pressure. The on-off valve is not controlled in this state, and a desired flow rate of fuel gas can be supplied to the fuel cell from the start. That is, the shortage of fuel gas in the fuel cell can be prevented. In addition, since the control of the on-off valve can be started when a predetermined pressure is exceeded, there is no timing loss as in the case of controlling the on-off valve after always waiting for a certain time. That is, the timing of supplying fuel gas to the fuel cell can be optimized.

尚、本明細書において、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度など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。   In the present specification, 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、本明細書において、「システム始動時」とは、停止されている燃料電池システムの運転を開始する一連の工程を示し、典型的には、停止されている燃料供給源から燃料供給路への燃料ガスの供給が開始される工程を含む。   In this specification, “at the time of system startup” indicates a series of steps for starting the operation of the stopped fuel cell system, and typically, from the stopped fuel supply source to the fuel supply path. A step in which the supply of the fuel gas is started.

また、本明細書において、「所定の圧力を超えた」とは、所定の圧力に達した状態及び所定の圧力より大きい状態を示すものとする。   In the present specification, “exceeding a predetermined pressure” indicates a state where the predetermined pressure is reached and a state where the predetermined pressure is exceeded.

また、上記燃料電池システムにおいて、前記所定の圧力は、前記燃料電池から出力される電力が最大となる圧力であるように構成してもよい。   In the fuel cell system, the predetermined pressure may be configured such that the power output from the fuel cell is maximized.

この構成によれば、燃料電池が出力する電力が最大になる流量の燃料ガスを、システム始動時から供給することができる。また、開閉弁を制御すればこの流量以下の流量の燃料ガスも供給できるから、結果として、燃料電池が所望の電力を出力するのに必要な流量の燃料ガスを、システムの始動時から過不足なく提供することができるようになる。   According to this configuration, it is possible to supply fuel gas at a flow rate that maximizes the power output from the fuel cell from the time of system startup. In addition, if the on-off valve is controlled, fuel gas at a flow rate below this flow rate can be supplied. As a result, the fuel gas flow rate required for the fuel cell to output the desired power is insufficient or insufficient from the time of system startup. Will be able to provide without.

また、前記所定の圧力は、前記燃料電池へ供給される燃料ガスの流量が最大となる圧力であるように構成してもよい。   The predetermined pressure may be configured such that the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell is maximized.

この構成によれば、始動時から、燃料電池に最大流量の燃料ガスを供給することができる。また、開閉弁を制御すればこの最大流量以下の流量の燃料ガスも供給できるから、結果として、燃料電池システムにおいて要求されるすべての範囲の流量の燃料ガスを、システムの始動時から過不足なく提供することができるようになる。   According to this configuration, the fuel gas having the maximum flow rate can be supplied to the fuel cell from the start. In addition, if the on / off valve is controlled, fuel gas with a flow rate less than this maximum flow rate can be supplied. Will be able to provide.

また、前記開閉弁は、弁体を電磁駆動力で開閉駆動するインジェクタであるように構成してもよい。   The on-off valve may be an injector that opens and closes the valve body with an electromagnetic driving force.

この構成によれば、制御装置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できる。従って、システムの始動時において燃料ガスの供給圧力を適切に変化させることができ、応答性を向上させることが可能になる。   According to this configuration, the control device can control the flow rate and pressure of the fuel gas by driving the valve body of the injector and controlling the fuel gas injection timing and injection time. Therefore, the fuel gas supply pressure can be appropriately changed at the time of starting the system, and the responsiveness can be improved.

尚、本明細書におけるインジェクタは、典型的には、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を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁として構成される。   The injector in this specification is typically an electromagnetic drive capable of adjusting the gas state by driving the valve body directly at a predetermined drive cycle with an electromagnetic drive force and separating it from the valve seat. It is configured as an on-off valve.

また、本発明の移動体は、上記燃料電池システムを備える。   Moreover, the mobile body of this invention is equipped with the said fuel cell system.

この構成によれば、始動時における燃料電池への燃料ガスの供給が最適化された燃料電池システムを備えているので、始動時（例えば車両であれば発進時）において高い応答性を有する移動体を提供することができる。   According to this configuration, since the fuel cell system in which the supply of the fuel gas to the fuel cell at the time of starting is optimized is provided, the moving body having high responsiveness at the time of starting (for example, when starting a vehicle) Can be provided.

本発明によれば、システム始動時における燃料電池への燃料ガスの供給を最適化する燃料電池システム及び移動体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system and a moving body that optimize the supply of fuel gas to the fuel cell when the system is started.

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について以下の順番で説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両（移動体）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。尚、各図面において、同一の部品には同一の符号を付している。
１．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの全体構成
２．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの制御方法
３．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの変形例 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described in the following order 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 (moving body) will be described. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same components.
1. 1. Overall configuration of fuel cell system according to an embodiment of the present invention 2. Control method of fuel cell system according to an embodiment of the present invention Modification of fuel cell system according to an embodiment of the present invention

１．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの全体構成
まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の全体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。 1. Overall Configuration of Fuel Cell System According to an Embodiment of the Present Invention First, an overall configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 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２１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 21 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 collects 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, the target at the position where the secondary pressure sensor 43 is arranged for each calculation cycle of the control device 4 using a specific map representing the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the target pressure value. The 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下流位置の圧力値（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 pressure value (detected pressure value) at the downstream position 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）。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). 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、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：Ｂ６）。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インジェクタ３５の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：Ｂ７）。ここで、駆動周期とは、インジェクタ３５の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン・オフ）波形の周期を意味する。本実施形態においては、制御装置４により駆動周期を一定の値に設定している。   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: B6). 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 by the drive cycle of the injector 35, and the basic injection time and the invalid injection time. Are added to calculate the total injection time of the injector 35 (total injection time calculation function: B7). Here, the drive cycle means a stepped (on / off) waveform cycle representing the open / close state of the injection hole of the injector 35. In the present embodiment, the drive period is set to a constant value by the control device 4.

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送出することにより、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。   Then, the control device 4 controls the gas injection time and the gas injection timing of the injector 35 by sending a control signal for realizing the total injection time of the injector 35 calculated through the above-described procedure, so that the fuel cell The flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to 10 are adjusted.

また、制御装置４は、システム始動時において、インジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力値が所定の閾値より大きい場合に、インジェクタ３５に制御信号（例えば無効電流）を送出することにより、インジェクタ３５の開閉制御を行う。本実施形態においては、この所定の閾値として、燃料電池１０の最大出力の保証圧力（燃料電池１０が最大出力で発電を行う際のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力値）を採用している。ここで、燃料電池の出力と燃料電池への水素ガスの供給量とは通常１対１で対応するから、本実施例においては、上記最大出力の保証圧力は、燃料電池１０に供給される水素ガスの最大流量の保証圧力（燃料電池１０に最大流量の水素ガスを供給する際のインジェクタ３５上流側における水素ガスの圧力値）と一致する。   Further, the control device 4 sends a control signal (for example, reactive current) to the injector 35 when the pressure value of the hydrogen gas upstream of the injector 35 is larger than a predetermined threshold at the time of starting the system. Open / close control is performed. In this embodiment, the guaranteed pressure of the maximum output of the fuel cell 10 (the pressure value of the hydrogen gas upstream of the injector 35 when the fuel cell 10 generates power at the maximum output) is adopted as the predetermined threshold. . Here, since the output of the fuel cell and the supply amount of hydrogen gas to the fuel cell usually correspond one-to-one, in the present embodiment, the guaranteed pressure of the maximum output is the hydrogen supplied to the fuel cell 10. It matches the guaranteed pressure of the maximum gas flow rate (the pressure value of the hydrogen gas upstream of the injector 35 when supplying the hydrogen gas with the maximum flow rate to the fuel cell 10).

２．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの制御方法
次に、燃料電池システム１の制御方法について、特にシステム始動時の制御方法を中心に説明する。 2. Control Method of Fuel Cell System According to Embodiment of the Present Invention Next, the control method of the fuel cell system 1 will be described focusing on the control method at the time of starting the system.

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。   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. Then, power is generated by being supplied to the oxidation electrode of the fuel cell 10. 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.

本実施形態においては、上記通常運転を開始する際の燃料電池システムの始動方法に特に特徴がある。以下、図３乃至図５を用いて説明する。   The present embodiment is particularly characterized in the method for starting the fuel cell system when the normal operation is started. This will be described below with reference to FIGS.

図３は、燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのフローチャートである。図３に示すように、はじめに、制御装置４は、運転停止状態において、運転開始信号（イグニッションスイッチのＯＮ信号）の有無を判定する（運転開始判定工程：Ｓ１）。運転開始信号を検出した場合、制御装置４は、遮断弁３３及びレギュレータ３４を開き、水素タンク３から水素供給流路３１への水素の供給を開始する（水素供給工程：Ｓ２）。   FIG. 3 is a flowchart for explaining a control method at the start of the fuel cell system. As shown in FIG. 3, first, the control device 4 determines whether or not there is an operation start signal (ignition switch ON signal) in an operation stop state (operation start determination step: S1). When the operation start signal is detected, the control device 4 opens the shut-off valve 33 and the regulator 34, and starts supplying hydrogen from the hydrogen tank 3 to the hydrogen supply channel 31 (hydrogen supply step: S2).

次いで、制御装置４は、一次側圧力センサ４１を用いて、水素供給流路３１のインジェクタ３５上流側の水素ガスの圧力（一次圧）を検出し（一次圧検出工程：Ｓ３）、一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ0より大きいかを判定する（一次圧判定工程：Ｓ４）。ここで、閾値Ｐ0は、上述したように本実施形態においては、燃料電池１０の最大出力の保証圧力である。 Next, the control device 4 uses the primary pressure sensor 41 to detect the pressure (primary pressure) of the hydrogen gas upstream of the injector 35 in the hydrogen supply flow path 31 (primary pressure detection step: S3), and the primary pressure P Is greater than a predetermined threshold value P 0 (primary pressure determination step: S4). Here, the threshold value P 0 is the guaranteed pressure of the maximum output of the fuel cell 10 in the present embodiment as described above.

制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ４において一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ0より大きいと判定した場合には、インジェクタ３５に制御信号（駆動指令）を送出してインジェクタ３５の開閉制御を開始する（インジェクタ制御開始工程：Ｓ５）。制御装置４は、一次圧判定工程Ｓ４において一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ0に達していないと判定した場合には、一定期間経過後、一次圧検出工程Ｓ４から工程を開始する。 When determining that the primary pressure P is greater than the predetermined threshold value P 0 in the primary pressure determination step S4, the control device 4 sends a control signal (drive command) to the injector 35 to start the opening / closing control of the injector 35. (Injector control start process: S5). The control device 4, when the primary pressure P in the primary pressure determination step S4 is determined not to reach the predetermined threshold value P 0 after elapse of a predetermined period of time, starting the process from the primary pressure detector step S4.

以上の工程を経ることにより次のような効果がある。以下、（１）水素タンクのガス圧力が低い場合（図４）と、（２）水素タンクのガス圧力が高い場合（図５）とに分け、従来例と比較しつつ説明する。ここでは、比較例として、水素が燃料供給源から燃料供給流路に供給されてから一定時間経過後（t2）インジェクタの制御を開始する従来技術を用いている。また、水素タンクのガス圧力が高い場合とは、例えば、水素タンクに十分な量のガスが充填されている場合であり、水素タンクのガス圧力が低い場合とは、例えば、水素タンクに充填されているガスの量が残り少ないような場合である。 Through the above steps, the following effects are obtained. Hereinafter, (1) the case where the gas pressure in the hydrogen tank is low (FIG. 4) and (2) the case where the gas pressure in the hydrogen tank is high (FIG. 5) will be described in comparison with the conventional example. Here, as a comparative example, a conventional technique is used in which the control of the injector is started after a lapse of a certain time after hydrogen is supplied from the fuel supply source to the fuel supply flow path (t 2 ). The case where the gas pressure in the hydrogen tank is high is, for example, a case where a sufficient amount of gas is filled in the hydrogen tank, and the case where the gas pressure in the hydrogen tank is low is, for example, that the hydrogen tank is filled. This is the case when the amount of gas remaining is low.

（１）水素タンクのガス圧力が低い場合
図４は、水素タンクのガス圧力が低い場合の燃料電池システム１の始動時の制御方法を説明するためのタイムチャートであり、（Ａ）は水素タンクの遮断弁の制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すもの、（Ｂ）は、インジェクタの一次圧の時間履歴を示すもの、（Ｃ）は、インジェクタの制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すものである。図４においては、本実施形態に係る実施例の時間履歴を実線で示し、比較例にかかる時間履歴を破線で示した。 (1) When the gas pressure in the hydrogen tank is low FIG. 4 is a time chart for explaining a control method at the start of the fuel cell system 1 when the gas pressure in the hydrogen tank is low, and (A) is a hydrogen tank. Shows the time history of the control signal (drive command) of the shutoff valve, (B) shows the time history of the primary pressure of the injector, and (C) shows the time history of the control signal (drive command) of the injector. It is shown. In FIG. 4, the time history of the example according to the present embodiment is indicated by a solid line, and the time history according to the comparative example is indicated by a broken line.

比較例においては、図４（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ0）に、水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わったのち、図４（Ｃ）に示すように、一定時間（t2）が経過すると、インジェクタ駆動指令がＯＦＦからＯＮに切り替わる。従って、図４（Ｂ）に示すようにインジェクタ一次圧Ｐが所定の閾値Ｐ0に達する前にインジェクタの制御が開始されてしまう。そのため、はじめから燃料電池が最大出力で発電を行う必要がある場合（例えば、燃料電池車両において発進時にアクセルを全開にした場合）は、燃料電池に供給される燃料ガスの量が不足することになる。これにより燃料ガスの供給量に見合わない過量の発電が行われ、電解質ひいては燃料電池の劣化を招いてしまう。 In the comparative example, as shown in FIG. 4A, when the operation start signal is detected (t 0 ), the drive command for the hydrogen tank shut-off valve is changed from OFF to ON, and then shown in FIG. 4C. Thus, when a certain time (t 2 ) elapses, the injector drive command is switched from OFF to ON. Therefore, as shown in FIG. 4B, the control of the injector is started before the injector primary pressure P reaches the predetermined threshold value P 0 . Therefore, when the fuel cell needs to generate power at the maximum output from the beginning (for example, when the accelerator is fully opened at the start of the fuel cell vehicle), the amount of fuel gas supplied to the fuel cell is insufficient. Become. As a result, an excessive amount of power generation that does not match the amount of fuel gas supplied is performed, leading to deterioration of the electrolyte and thus the fuel cell.

これに対し、本実施形態においては、図４（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ0）に水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わると、図４（Ｂ）に示すように、インジェクタ一次圧が徐々に上昇し、この圧力が所定の閾値Ｐ0に達した時（ｔ3）に、図４（Ｃ）に示すように、インジェクタの駆動指令がＯＦＦからＯＮに切り替わりインジェクタの制御が開始される。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 4A, when the drive command for the hydrogen tank shut-off valve changes from OFF to ON at the time of detection of the operation start signal (t 0 ), FIG. ), When the injector primary pressure gradually increases and this pressure reaches a predetermined threshold value P 0 (t 3 ), as shown in FIG. It switches to ON and control of the injector is started.

従って、はじめから燃料電池１０が最大出力で発電を行う必要がある場合であっても、一次圧Ｐが燃料電池１０の最大出力の保証圧力（Ｐ0）に達しているので、燃料電池１０に過不足なく水素を供給することができる。 Accordingly, even when the fuel cell 10 needs to generate power at the maximum output from the beginning, the primary pressure P has reached the guaranteed pressure (P 0 ) of the maximum output of the fuel cell 10. Hydrogen can be supplied without excess or deficiency.

（２）水素タンクのガス圧力が高い場合
図５は、水素タンクのガス圧力が高い場合の燃料電池システム１の始動時の制御方法を説明するためのタイムチャートであり、（Ａ）は水素タンクの遮断弁の制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すもの、（Ｂ）は、インジェクタの一次圧の時間履歴を示すもの、（Ｃ）は、インジェクタの制御信号（駆動指令）の時間履歴を示すものである。図５においても、本実施形態の実施例に係る時間履歴を実線で示し、比較例にかかる時間履歴を破線で示した。 (2) When the gas pressure in the hydrogen tank is high FIG. 5 is a time chart for explaining a control method at the start of the fuel cell system 1 when the gas pressure in the hydrogen tank is high, and (A) is a hydrogen tank. Shows the time history of the control signal (drive command) of the shutoff valve, (B) shows the time history of the primary pressure of the injector, and (C) shows the time history of the control signal (drive command) of the injector. It is shown. Also in FIG. 5, the time history according to the example of the present embodiment is indicated by a solid line, and the time history according to the comparative example is indicated by a broken line.

比較例においては、図５（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ0）に、水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わると、図５（Ｂ）に示すように、水素タンクのガス圧力が低い場合に比べて、インジェクタの一次圧が比較的早く上昇するが、閾値Ｐ0を越えても、図４（Ｃ）に示すように、インジェクタ駆動指令は、一定時間（t2）が経過するまでなされない。 In the comparative example, as shown in FIG. 5 (A), when the drive command for the hydrogen tank shut-off valve changes from OFF to ON at the time of detection of the operation start signal (t 0 ), as shown in FIG. 5 (B). In addition, the primary pressure of the injector rises relatively quickly as compared with the case where the gas pressure in the hydrogen tank is low. However, even if the threshold P 0 is exceeded, the injector drive command is constant as shown in FIG. Not done until time (t 2 ) has elapsed.

これに対し、本実施の形態においては、図５（Ａ）に示すように、運転開始信号の検出時（ｔ0）に水素タンク遮断弁の駆動指令がＯＦＦからＯＮに変わったのち、図５（Ｂ）に示すように、インジェクタの一次圧が所定の閾値Ｐ0に達した時（ｔ1）に、図４（Ｃ）に示すように、インジェクタの駆動指令がＯＦＦからＯＮに切り替わりインジェクタの制御が開始される。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 5A, after the drive command for the hydrogen tank shut-off valve is changed from OFF to ON at the time of detecting the operation start signal (t 0 ), FIG. As shown in FIG. 4B, when the primary pressure of the injector reaches a predetermined threshold value P 0 (t 1 ), the injector drive command is switched from OFF to ON, as shown in FIG. 4C. Control begins.

従って、比較例のように一定期間経過を待つことなしに、燃料電池システム１の運転を開始することができ、システムの始動にかかる時間を短縮することができる。ここで、インジェクタの一次圧が燃料電池１０の最大出力の保証圧力（Ｐ0）に達しているから、はじめから燃料電池１０が最大出力で発電を行う必要がある場合であっても、燃料電池１０に過不足なく水素を供給することができる。 Therefore, the operation of the fuel cell system 1 can be started without waiting for a certain period of time as in the comparative example, and the time required for starting the system can be shortened. Here, since the primary pressure of the injector reaches the guaranteed output pressure (P 0 ) of the maximum output of the fuel cell 10, even if the fuel cell 10 needs to generate power at the maximum output from the beginning, the fuel cell Hydrogen can be supplied to 10 without excess or deficiency.

上記（１）、（２）で説明したように、本実施の形態にかかる燃料電池システム１は、燃料電池１０への水素の供給量不足を防止し、かつ供給のタイミングを最適化することができる。   As described in the above (1) and (2), the fuel cell system 1 according to the present embodiment can prevent a shortage of hydrogen supply to the fuel cell 10 and optimize the supply timing. it can.

３．本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの変形例
以上本発明の実施形態を示したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な態様での実施が可能である。例えば以下のような変形例が可能である。 3. Modification of Fuel Cell System According to Embodiment of Present Invention Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Implementation in an embodiment is possible. For example, the following modifications are possible.

以上の実施形態では、「所定の閾値」として、燃料電池１０の最大出力の保証圧力を採用しているが、これに限られるものではない。例えば、所定の閾値を、上記最大出力の保証圧力の前後数％以内に設定してもよいし、燃料電池１０の耐久性等の機械的強度により定まる最大許容圧力としてもよい。また、例えば、燃料電池システムや燃料電池車両の状態を検知して、その状態に応じて変動させるようにしてもよい。   In the above embodiment, the guaranteed output pressure of the maximum output of the fuel cell 10 is adopted as the “predetermined threshold value”, but it is not limited to this. For example, the predetermined threshold value may be set within several percent before and after the maximum output guarantee pressure, or may be a maximum allowable pressure determined by mechanical strength such as durability of the fuel cell 10. Further, for example, the state of the fuel cell system or the fuel cell vehicle may be detected and varied according to the state.

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システム始動においてインジェクタ３５に制御信号を送出してインジェクタ３５の開閉制御を行うことにより、同様の作用効果を得ることができる。   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 in the case of adopting such a configuration (dead end method), the control device 4 sends the control signal to the injector 35 at the start of the system and controls the opening and closing of the injector 35 in the same manner as in the above-described embodiment. Can be obtained.

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 supply flow path (hydrogen supply flow path 31), and is downstream. As long as it supplies to the side, it is not limited to the injector 35.

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, an example in which the fuel cell system according to the present invention is mounted on a fuel cell vehicle has been shown. 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。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。The 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始動時の制御方法を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the control method at the time of starting of the fuel cell system shown in FIG. 図１に示した燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのタイムチャート。The time chart for demonstrating the control method at the time of starting of the fuel cell system shown in FIG. 図１に示した燃料電池システムの始動時の制御方法を説明するためのタイムチャート。The time chart for demonstrating the control method at the time of starting of the fuel cell system shown in FIG. 図１に示した燃料電池システムの変形例を示す要部構成図。The principal part 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
１０……燃料電池
１１……ＰＣＵ
１２……トランクションモータ
１３……電流センサ
２ ……酸化ガス配管系
２０……加湿器
２１……空気供給経路
２２……空気排出経路
２３……排気流路
２４……コンプレッサ
３ ……水素ガス配管系（燃料供給流路）
３０……水素タンク（燃料供給源）
３１……水素供給流路
３２……循環流路
３３……遮断弁
３４……レギュレータ
３５……インジェクタ（開閉弁）
３６……気液分離器
３７……排気排水弁
３８……排出流路
３９……水素ポンプ
４……制御装置
４０……希釈器
４１……一次側圧力センサ（圧力センサ）
４２……温度センサ
４３……二次側圧力センサ 1 …… Fuel cell system 10 …… Fuel cell 11 …… PCU
12 ... Traction motor 13 ... Current sensor 2 ... Oxidizing gas piping system 20 ... Humidifier 21 ... Air supply path 22 ... Air discharge path 23 ... Exhaust flow path 24 ... Compressor 3 ... Hydrogen gas Piping system (fuel supply flow path)
30 …… Hydrogen tank (fuel supply source)
31 …… Hydrogen supply flow path 32 …… Circulation flow path 33 …… Shutoff valve 34 …… Regulator 35 …… Injector (open / close valve)
36 ... Gas-liquid separator 37 ... Exhaust drain valve 38 ... Discharge flow path 39 ... Hydrogen pump 4 ... Control device 40 ... Diluter 41 ... Primary pressure sensor (pressure sensor)
42 …… Temperature sensor 43 …… Secondary pressure sensor

Claims (5)

燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給流路と、
前記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、
前記開閉弁の駆動を制御する制御装置と、
前記燃料供給流路の上流側のガス圧を測定する圧力センサと、を備え、
前記制御装置は、システム始動時において、前記圧力センサにより測定されたガス圧が所定の圧力を超えたことを検知したときに、前記開閉弁の制御を開始する燃料電池システム。 A fuel cell;
A fuel supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell;
An on-off valve that adjusts the gas state on the upstream side of the fuel supply flow path and supplies it to the downstream side;
A control device for controlling the driving of the on-off valve;
A pressure sensor for measuring a gas pressure upstream of the fuel supply channel,
The control device is a fuel cell system which starts control of the on-off valve when detecting that the gas pressure measured by the pressure sensor exceeds a predetermined pressure at the time of starting the system. 前記所定の圧力は、前記燃料電池から出力される電力が最大となる圧力である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined pressure is a pressure at which electric power output from the fuel cell is maximized. 前記所定の圧力は、前記燃料電池へ供給される燃料ガスの流量が最大となる圧力である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined pressure is a pressure at which a flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell is maximized. 前記開閉弁は、弁体を電磁駆動力で開閉駆動するインジェクタである請求項１から請求項３に記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the on-off valve is an injector that opens and closes a valve body with an electromagnetic driving force. 5. 請求項１から請求項４に記載の燃料電池システムを備えた移動体。   A moving body comprising the fuel cell system according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107004887A (en) * 2014-12-09 2017-08-01 祖迪雅克航空技术公司 Automated spacecraft fuel cell system

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