JP2012204011A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2012204011A
JP2012204011A JP2011064822A JP2011064822A JP2012204011A JP 2012204011 A JP2012204011 A JP 2012204011A JP 2011064822 A JP2011064822 A JP 2011064822A JP 2011064822 A JP2011064822 A JP 2011064822A JP 2012204011 A JP2012204011 A JP 2012204011A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
cell system
pump
detected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011064822A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Takeshita
昌宏 竹下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2011064822A priority Critical patent/JP2012204011A/en
Publication of JP2012204011A publication Critical patent/JP2012204011A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine the source of hydrogen leaked, in detection of hydrogen leakage of a vehicle including a fuel cell.SOLUTION: If hydrogen is detected by a hydrogen detector 24 during intermittent operation in which a fuel cell is not generating power, it is determined that hydrogen has leaked from a hydrogen tank 20 or a fuel supply tube 28 for feeding hydrogen from the hydrogen tank to a fuel cell stack 12. If hydrogen concentration increases in response to operation of a hydrogen pump 40 after hydrogen is detected during intermittent operation, it may be determined that hydrogen has leaked from a hydrogen exhaust/drainage valve 46.

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料ガスである水素の検知に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to detection of hydrogen as a fuel gas.

燃料電池を搭載し、燃料電池により発電された電力を利用する車両が知られている。発電された電力は、例えば車両駆動用のモータに供給され、車両を駆動するのに用いられる。   A vehicle equipped with a fuel cell and using electric power generated by the fuel cell is known. The generated electric power is supplied to, for example, a motor for driving the vehicle and used to drive the vehicle.

燃料電池は、燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス(例えば空気)を供給し、供給されたガスの電解質膜を介しての反応により電力を取り出している。反応後の使用済み燃料ガスおよび酸化ガスは、反応生成物である水と共に排気ガスとして燃料電池スタック外部に排出される。排気ガスを車両の適切な箇所に導くために排気管が備えられている。   The fuel cell supplies a fuel gas such as hydrogen to the anode side of the fuel cell stack, supplies an oxidizing gas (for example, air) containing oxygen to the cathode side, and generates electric power by reaction through the electrolyte membrane of the supplied gas. Take out. The spent fuel gas and oxidizing gas after the reaction are discharged to the outside of the fuel cell stack as exhaust gas together with water as a reaction product. An exhaust pipe is provided to guide the exhaust gas to an appropriate location on the vehicle.

アノード側から排出されるガスは、反応しなかった水素が残留しており、水素の有効利用を図るために、再度アノード側に戻される。つまり、燃料ガスは、循環して繰り返しアノード側に供給される。燃料ガスが循環している間に、燃料ガスには水素以外の不純物が混入する。不純物として、例えば電解質膜を透過した窒素などが挙げられる。燃料ガスの循環が繰り返されると、これに伴って不純物の濃度が増加し、発電効率が低下するので、ある段階で燃料ガスを排出する。この使用済み燃料ガスには、水素が含まれている。   In the gas discharged from the anode side, unreacted hydrogen remains, and is returned to the anode side again in order to use hydrogen effectively. That is, the fuel gas is circulated and repeatedly supplied to the anode side. While the fuel gas is circulating, impurities other than hydrogen are mixed in the fuel gas. Examples of the impurity include nitrogen that has permeated through an electrolyte membrane. When the circulation of the fuel gas is repeated, the impurity concentration increases accordingly, and the power generation efficiency decreases, so the fuel gas is discharged at a certain stage. This spent fuel gas contains hydrogen.

燃料ガスとして水素を用いる場合、水素の漏れを検知する必要がある。特に、水素を貯蔵する水素タンクからの漏れを検知する必要がある。一方、前述のように、燃料電池スタックから排出される使用済み燃料ガスには水素が含まれている。両方の水素を検知するために、水素検知器が設けられる。下記特許文献1には、水素タンクの上方に配置された1個の水素検知器により、水素タンクからと、燃料電池スタックからの両者の水素を検知する技術が示されている。   When hydrogen is used as the fuel gas, it is necessary to detect hydrogen leakage. In particular, it is necessary to detect leakage from a hydrogen tank that stores hydrogen. On the other hand, as described above, the spent fuel gas discharged from the fuel cell stack contains hydrogen. A hydrogen detector is provided to detect both hydrogens. Patent Document 1 below discloses a technique for detecting hydrogen from a hydrogen tank and from a fuel cell stack by using a single hydrogen detector disposed above the hydrogen tank.

特開2005−116358号公報JP 2005-116358 A

水素タンクの上方に配置された1個の水素検知器により水素を検知する場合、水素タンクから漏出した水素か、燃料電池スタックからの水素かが判別できない。   When hydrogen is detected by a single hydrogen detector disposed above the hydrogen tank, it cannot be determined whether hydrogen has leaked from the hydrogen tank or hydrogen from the fuel cell stack.

本発明は、水素タンク上方の水素検知器により検出された水素の出所を判別することを目的とする。   An object of the present invention is to determine the source of hydrogen detected by a hydrogen detector above a hydrogen tank.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池システムの間欠運転時における水素の検知に基づき、検知された水素の出所を判別する。間欠運転とは、車両が運行中であっても、燃料電池システムの発電が停止された状態をいう。簡易的には、間欠運転時に水素が検知されたら、水素タンクまたは水素タンクから燃料電池スタックに水素を送る水素供給系から漏れた水素であると判定することができる。間欠運転時においては、燃料電池システムは停止しており、使用済み燃料ガスは排出されないので、水素の出所は使用済み燃料ガスではないと判断できる。   The fuel cell system according to the present invention determines the source of detected hydrogen based on detection of hydrogen during intermittent operation of the fuel cell system. The intermittent operation refers to a state where power generation of the fuel cell system is stopped even when the vehicle is in operation. In brief, if hydrogen is detected during intermittent operation, it can be determined that the hydrogen has leaked from the hydrogen supply system that supplies hydrogen from the hydrogen tank or the hydrogen tank to the fuel cell stack. During the intermittent operation, the fuel cell system is stopped and the spent fuel gas is not discharged, so that it can be determined that the source of hydrogen is not the spent fuel gas.

さらに、間欠運転時に水素が検知された場合、水素を循環させる水素ポンプを運転する。このとき、燃料電池スタックから使用済み燃料を排出するための水素排気排水弁は閉じている。この状態で、水素検知器により検知される水素濃度が上昇しなければ、水素タンクまたは水素供給系ら漏れた水素と判定することができる。一方、水素濃度が上昇すれば、水素排気排水弁から漏れた水素と判定することができる。   Further, when hydrogen is detected during intermittent operation, a hydrogen pump that circulates hydrogen is operated. At this time, the hydrogen exhaust drain valve for discharging spent fuel from the fuel cell stack is closed. In this state, if the hydrogen concentration detected by the hydrogen detector does not increase, it can be determined that hydrogen has leaked from the hydrogen tank or the hydrogen supply system. On the other hand, if the hydrogen concentration increases, it can be determined that hydrogen has leaked from the hydrogen exhaust drain valve.

水素タンク上方に設けた水素検知器による検知された水素の出所が判別できる。   The source of hydrogen detected by a hydrogen detector provided above the hydrogen tank can be determined.

本発明に係る燃料電池搭載車両の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a vehicle equipped with a fuel cell according to the present invention. 本発明に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the present invention. 漏出水素の出所判定に係るフローチャートである。It is a flowchart which concerns on the origin determination of leaking hydrogen. 漏出水素の出所判定に係る他のフローチャートである。It is another flowchart which concerns on the origin determination of leaking hydrogen.

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、燃料電池システムを搭載した車両10の概略構成を示す図である。燃料電池搭載車両10において、燃料電池スタック12は車両の床下に配置される。燃料電池スタックは、車両の搭乗者が居る空間、すなわち車室の床を構成するフロアパネルの下に搭載されている。フロアパネルを車両の下側から見て窪ませた部分を設け、ここに燃料電池スタック12を配置するようにできる。車両前席のシートクッションの下は、搭乗者の足を置く位置に比べて、フロアパネルの位置を高くできるので、この部分を窪ませて燃料電池スタック12を搭載するようにできる。また、左右席の間の部分(いわゆるセンタートンネルの部分)も、フロアパネルを窪ませることができる部分であり、ここも搭載位置とすることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vehicle 10 equipped with a fuel cell system. In the fuel cell vehicle 10, the fuel cell stack 12 is disposed under the vehicle floor. The fuel cell stack is mounted under a floor panel constituting a space where a vehicle occupant is present, that is, a floor of a passenger compartment. A portion in which the floor panel is recessed as viewed from the lower side of the vehicle is provided, and the fuel cell stack 12 can be disposed here. Since the position of the floor panel can be raised under the seat cushion in the front seat of the vehicle as compared with the position where the occupant's feet are placed, the fuel cell stack 12 can be mounted by recessing this portion. Further, a portion between the left and right seats (a so-called center tunnel portion) is also a portion where the floor panel can be depressed, and can also be set as a mounting position.

上記のような前席下やトンネルの部分は、ホイールベース、つまり前輪と後輪の間に位置する。燃料電池スタック12をホールベース内に搭載することにより、前方衝突したとき、また追突されたときなどに燃料電池スタック12の損傷を抑えることができる。また、燃料電池スタック12の外形は内燃機関を含む動力装置に比して大きく、エンジンコンパートメント内に収めようとすると、車両外観のデザインを制約する場合がある。床下に燃料電池スタック12を配置することにより、デザイン上の自由度が増す。   The part under the front seat and the tunnel as described above are located on the wheel base, that is, between the front wheel and the rear wheel. By mounting the fuel cell stack 12 in the hole base, damage to the fuel cell stack 12 can be suppressed when a forward collision occurs or a rear collision occurs. Further, the outer shape of the fuel cell stack 12 is larger than that of a power unit including an internal combustion engine, and if it is intended to be housed in the engine compartment, the design of the appearance of the vehicle may be restricted. Arranging the fuel cell stack 12 under the floor increases design freedom.

燃料電池搭載車両10において、燃料電池スタック12からの排気管14は、床下の空間、ホイールベース内に開口している。この開口を排気口16と記す。また、排気管14の途中には、消音用のマフラ18が配置されている。車両の後方下部には、水素源として水素タンク20が搭載されている。水素タンク20の上方には、水素タンク20から水素が漏れた場合に、これを受けるための収集板22が配置される。また、収集板22は、集めた水素を水素検知器24に送る機能を有する。水素検知器24は、水素タンク20の上方、つまり、水素タンクから漏出した水素が上昇し、これが収集板22により集められて送られる位置に配置される。収集板22は、凹凸を設けた板状部材とすることができ、凹凸形状により水素を水素検知器24に導く流路を形成するようにできる。凹部により流路を構成し天井を傾斜させることにより、水素の浮力で流路に沿って移動するようにできる。また、収集板22で集めた水素を管状部材により水素検知器24に送る構成とすることもできる。この場合も、管状部材は傾斜を付けて配置し、水素が管内を浮力により上昇するようにする。   In the fuel cell vehicle 10, the exhaust pipe 14 from the fuel cell stack 12 opens into the space under the floor, the wheelbase. This opening is referred to as an exhaust port 16. Further, a muffler 18 for noise reduction is arranged in the middle of the exhaust pipe 14. A hydrogen tank 20 is mounted as a hydrogen source in the lower rear portion of the vehicle. Above the hydrogen tank 20, a collecting plate 22 is disposed for receiving hydrogen leaked from the hydrogen tank 20. The collection plate 22 has a function of sending the collected hydrogen to the hydrogen detector 24. The hydrogen detector 24 is arranged above the hydrogen tank 20, that is, at a position where hydrogen leaked from the hydrogen tank rises and is collected and sent by the collecting plate 22. The collecting plate 22 can be a plate-like member provided with unevenness, and can form a flow path for guiding hydrogen to the hydrogen detector 24 due to the uneven shape. By forming the flow path with the recesses and inclining the ceiling, it is possible to move along the flow path by the buoyancy of hydrogen. Alternatively, the hydrogen collected by the collecting plate 22 may be sent to the hydrogen detector 24 by a tubular member. In this case as well, the tubular member is disposed with an inclination so that hydrogen rises in the tube by buoyancy.

図2は、燃料電池搭載車両10に搭載された燃料電池システム26の要部構成を示す図である。燃料電池スタック12は、単セルと呼ばれる単位燃料電池セルを複数積層して構成される。積層された複数の単セルが直列に接続され組電池が構成され、所望の端子電圧を得ている。個々の単セルは、電解質膜を挟んでその両側のカソード側とアノード側にそれぞれ触媒層と拡散層と多孔質電極層とセパレータが配置される構造を有する。   FIG. 2 is a diagram showing a main configuration of the fuel cell system 26 mounted on the fuel cell vehicle 10. The fuel cell stack 12 is configured by stacking a plurality of unit fuel cells called single cells. A plurality of unit cells stacked are connected in series to form an assembled battery, and a desired terminal voltage is obtained. Each single cell has a structure in which a catalyst layer, a diffusion layer, a porous electrode layer, and a separator are arranged on the cathode side and the anode side on both sides of the electrolyte membrane, respectively.

燃料電池スタック12には、水素タンク20からの水素が燃料ガスとして燃料供給管28を通して供給され、一方、酸化剤として空気がコンプレッサ30により空気供給管32を通して供給される。燃料供給管28には、圧力を調整するためのバルブ等の機械要素が一つまたは複数配置される。水素タンク20から水素を送る燃料供給管28および燃料供給管に設けられたバルブ等を総称して水素供給系と記す。空気供給管32には、圧力センサ34が設けられ供給される空気の圧力を監視している。また、空気供給管32には、この管を閉止する入口弁36が設けられている。   Hydrogen from the hydrogen tank 20 is supplied to the fuel cell stack 12 as a fuel gas through the fuel supply pipe 28, while air as an oxidant is supplied by the compressor 30 through the air supply pipe 32. One or more mechanical elements such as a valve for adjusting the pressure are arranged in the fuel supply pipe 28. The fuel supply pipe 28 for sending hydrogen from the hydrogen tank 20 and the valves provided in the fuel supply pipe are collectively referred to as a hydrogen supply system. The air supply pipe 32 is provided with a pressure sensor 34 to monitor the pressure of the supplied air. The air supply pipe 32 is provided with an inlet valve 36 for closing the pipe.

燃料電池スタック12に送られた燃料ガスは各単セルのアノード側に供給され、空気はカソード側に供給される。アノード側から排出されたガス(アノード側排出ガス)には、消費されなかった水素が含まれ、これを再びアノード側に戻して循環させるために、循環管38が設けられている。循環管38には、水素ポンプ40および逆止弁42が設けられている。循環管38は燃料供給管28に接続され、循環管38からのアノード側排出ガスは、水素タンク20から供給される水素と混合されて燃料電池スタック12に供給される。逆止弁42は、水素ポンプ40を運転していないときに、水素タンク20からの水素が、循環管38に流れ込まないようにするために設けられている。   The fuel gas sent to the fuel cell stack 12 is supplied to the anode side of each single cell, and the air is supplied to the cathode side. The gas discharged from the anode side (anode-side exhaust gas) contains hydrogen that has not been consumed, and a circulation pipe 38 is provided in order to return it to the anode side and circulate it again. The circulation pipe 38 is provided with a hydrogen pump 40 and a check valve 42. The circulation pipe 38 is connected to the fuel supply pipe 28, and the anode side exhaust gas from the circulation pipe 38 is mixed with hydrogen supplied from the hydrogen tank 20 and supplied to the fuel cell stack 12. The check valve 42 is provided to prevent hydrogen from the hydrogen tank 20 from flowing into the circulation pipe 38 when the hydrogen pump 40 is not operating.

アノード側排出ガスの循環が続くと、水素が消費される一方、不純物が増加する。不純物としては、例えば、カソード側から電解質膜を透過した窒素がある。不純物が増加すると、発電効率が低下するため、ある段階でアノード側排出ガスを排出する。このために、循環管38の、水素ポンプ40と逆止弁42の間の部分から分岐した排出管44が設けられている。排出管44には、これを閉止、開放する水素排気排水弁46が設けられる。水素排気排水弁46を開放すると、アノード側排出ガスが排出管44を通って希釈器48に送られる。   As the anode side exhaust gas continues to circulate, hydrogen is consumed while impurities increase. As the impurity, for example, there is nitrogen that has passed through the electrolyte membrane from the cathode side. When the impurities increase, the power generation efficiency decreases, so the anode side exhaust gas is discharged at a certain stage. For this purpose, a discharge pipe 44 branched from a portion of the circulation pipe 38 between the hydrogen pump 40 and the check valve 42 is provided. The exhaust pipe 44 is provided with a hydrogen exhaust drain valve 46 that closes and opens the exhaust pipe 44. When the hydrogen exhaust drain valve 46 is opened, the anode side exhaust gas is sent to the diluter 48 through the exhaust pipe 44.

カソード側から排出された排気ガスは、排気管14を介して排気口16から排出される。排気管14には排出弁50が設けられる。排出弁50は開度を調整可能な、つまり排気管14を絞り、有効断面積を調整することが可能な形式の弁であり、例えばバタフライバルブを採用することができる。排気管14の絞りを調整して燃料電池スタック12内の空気(酸化ガス)の圧力を調整することができる。排出弁50は、燃料電池の発電が停止しているときには閉止される。排気管14には、マフラ18を迂回するようにバイパス管52が設けられ、ここに前述の希釈器48が配置されている。希釈器48において、燃料ガス中の残余の水素が、酸化ガスとして用いられた空気により希釈され、排気管14に戻される。空気、反応生成物である水(水蒸気)および水素を含む排気ガスは、排気管14を通って排気口16から大気に排出される。   Exhaust gas discharged from the cathode side is discharged from the exhaust port 16 via the exhaust pipe 14. A discharge valve 50 is provided in the exhaust pipe 14. The discharge valve 50 is a valve that can adjust the opening, that is, the exhaust pipe 14 can be throttled and the effective sectional area can be adjusted. For example, a butterfly valve can be adopted. The pressure of the air (oxidizing gas) in the fuel cell stack 12 can be adjusted by adjusting the throttle of the exhaust pipe 14. The discharge valve 50 is closed when the power generation of the fuel cell is stopped. The exhaust pipe 14 is provided with a bypass pipe 52 so as to bypass the muffler 18, and the above-described diluter 48 is disposed here. In the diluter 48, the remaining hydrogen in the fuel gas is diluted with air used as the oxidizing gas and returned to the exhaust pipe 14. Exhaust gas containing air, water (steam) as a reaction product, and hydrogen is exhausted from the exhaust port 16 to the atmosphere through the exhaust pipe 14.

制御部54は、コンプレッサ30、水素ポンプ40および前述の各弁を制御して燃料電池システム26の発電等の制御を行う。また、水素検知器24により水素が検知されると、これに基づく制御を実行する。この水素検知に係る制御については後に詳述する。また、図2では、後述する燃料電池の間欠運転時の制御に係るパラメータとしてアクセルペダルの操作量56、補機の使用状況58および二次電池の蓄電量60を示している。これらのパラメータは、燃料電池に要求される電力を判断するためのものである。補機の使用状況とは、例えば空気調和機の運転状況、灯火類、デフロスタの使用状況などである。   The control unit 54 controls the power generation and the like of the fuel cell system 26 by controlling the compressor 30, the hydrogen pump 40, and the above-described valves. When hydrogen is detected by the hydrogen detector 24, control based on this is executed. This control related to hydrogen detection will be described in detail later. Further, FIG. 2 shows an operation amount 56 of an accelerator pedal, a usage state 58 of an auxiliary machine, and a storage amount 60 of a secondary battery as parameters relating to control during intermittent operation of the fuel cell described later. These parameters are for determining the power required for the fuel cell. The usage status of the auxiliary equipment includes, for example, the operating status of the air conditioner, lights, usage status of the defroster, and the like.

水素は可燃性であるので、水素タンク等からの水素漏れを検出する必要がある。収集板22は、水素タンク20および水素供給系から漏れた水素を集められるように、そして水素検知器24に水素を導くように形成されている。水素検知器24が水素を検知すると、制御部54は水素が漏れていると判断し、これを報知する。一方、前述のように、燃料電池スタックからの排気は水素を含んでおり、排気口16から排出された排気中の水素が水素検知器24に達すると、水素が漏れていると判断されてしまう。排気口16を、水素タンク20周囲から十分離せば、水素漏れの誤検知は避けられるが、車両のレイアウト上これがかなわない場合がある。前記の誤検知を避けるために、水素が検知されたとする濃度のしきい値を高めに設定するか、発電中、すなわち排気からの水素が検知される可能性がある場合にのみしきい値を高めに設定することができる。このようにしても、検知された水素の出所については分からない。この燃料電池システム26は、水素検知器24が水素を検知した場合、これが、水素タンク等から漏出したものか、排気に含まれる水素なのか、検知された水素の出所を判別する判別部62を備えている。   Since hydrogen is flammable, it is necessary to detect hydrogen leakage from a hydrogen tank or the like. The collecting plate 22 is formed so as to collect the hydrogen leaked from the hydrogen tank 20 and the hydrogen supply system, and to guide the hydrogen to the hydrogen detector 24. When the hydrogen detector 24 detects hydrogen, the control unit 54 determines that hydrogen is leaking and notifies this. On the other hand, as described above, the exhaust from the fuel cell stack contains hydrogen, and when hydrogen in the exhaust discharged from the exhaust port 16 reaches the hydrogen detector 24, it is determined that hydrogen is leaking. . If the exhaust port 16 is sufficiently separated from the periphery of the hydrogen tank 20, erroneous detection of hydrogen leakage can be avoided, but this may not be possible due to the layout of the vehicle. In order to avoid the false detection described above, the threshold value of the concentration at which hydrogen is detected is set higher, or the threshold value is set only during power generation, that is, when hydrogen from the exhaust gas may be detected. Can be set higher. Even in this way, the source of the detected hydrogen is unknown. In the fuel cell system 26, when the hydrogen detector 24 detects hydrogen, the fuel cell system 26 has a determination unit 62 for determining whether the hydrogen leaked from a hydrogen tank or the like or hydrogen contained in the exhaust gas or the source of the detected hydrogen. I have.

水素の出所の判別には、燃料電池の間欠運転を利用する。燃料電池搭載車両10においては、燃料電池による発電が不要な状況では、二次電池に蓄えられた電力により、必要電力を賄う運転モードが採用されている。例えば、信号待ちなどで車両が停止し、二次電池の蓄電量も十分な場合においては、燃料電池による発電を停止する。このように、車両を運行中であるが、燃料電池による発電を停止している状態が間欠運転である。間欠運転時においては、コンプレッサ30は停止し空気が供給されず、排気管14からの排気ガスの排出も停止する。また、燃料ガスを循環させる必要がないので、水素ポンプ40も停止され、水素排気排水弁46も閉じた状態とされる。したがって、アノード側排気ガスが、循環管38から排出管44、排気管14を通って排気口16から排出されることもない。   To determine the source of hydrogen, intermittent operation of the fuel cell is used. In the fuel cell-equipped vehicle 10, in a situation where power generation by the fuel cell is unnecessary, an operation mode that covers the necessary power with the power stored in the secondary battery is adopted. For example, when the vehicle stops due to a signal or the like and the amount of power stored in the secondary battery is sufficient, power generation by the fuel cell is stopped. Thus, although the vehicle is operating, the state where the power generation by the fuel cell is stopped is the intermittent operation. During the intermittent operation, the compressor 30 is stopped, no air is supplied, and the exhaust gas exhaust from the exhaust pipe 14 is also stopped. Further, since it is not necessary to circulate the fuel gas, the hydrogen pump 40 is also stopped and the hydrogen exhaust / drain valve 46 is also closed. Therefore, the anode side exhaust gas is not exhausted from the exhaust port 16 through the exhaust pipe 44 and the exhaust pipe 14 from the circulation pipe 38.

このように、間欠運転時には排気ガスが排出されないので、このとき検知された水素は、水素タンク20または水素供給系から漏れたものであると判定できる。制御部54は、判別部62に対し、燃料電池システム26を間欠運転に制御している情報、および水素検知器24が水素を検知した情報を送る。判別部62では、送られてきた情報に基づき、水素が検知されたのが間欠運転時であれば、水素タンク等からの水素漏れが生じていることを判定する。制御部54はこの情報を受け、運転者等にこれを報知する。水素が検知されたのが間欠運転時でなければ、水素漏れの判定を、次に間欠運転が実行されるまで保留する。   Thus, since the exhaust gas is not discharged during the intermittent operation, it can be determined that the hydrogen detected at this time is leaked from the hydrogen tank 20 or the hydrogen supply system. The control unit 54 sends to the determination unit 62 information that controls the fuel cell system 26 to intermittent operation and information that the hydrogen detector 24 detects hydrogen. Based on the transmitted information, the determination unit 62 determines that hydrogen leakage from a hydrogen tank or the like has occurred if hydrogen is detected during intermittent operation. The control unit 54 receives this information and notifies the driver or the like of this. If hydrogen is not detected during intermittent operation, the determination of hydrogen leakage is suspended until the next intermittent operation is executed.

水素タンク等の水素供給系からの水素漏れの場合、車両を停止する必要がある。一方で、排気に含まれる水素を検知した場合には、発電量を抑えた状態で運転することが可能な場合がある。よって、検知された水素の出所、すなわち水素タンク等からの水素か、排気に含まれる水素かを特定し、出所に応じた対応を採ることが望ましい。   In the case of hydrogen leakage from a hydrogen supply system such as a hydrogen tank, it is necessary to stop the vehicle. On the other hand, when hydrogen contained in the exhaust gas is detected, it may be possible to operate with a reduced power generation amount. Therefore, it is desirable to identify the source of the detected hydrogen, that is, whether it is hydrogen from a hydrogen tank or the like, or hydrogen contained in the exhaust, and take measures according to the source.

検知された水素の出所を、更に特定するために、水素ポンプ40を駆動して、水素濃度の推移を監視するようにしてよい。水素検知器24により水素が検知されると、制御部54は、水素排気排水弁46を閉じた状態で水素ポンプ40を運転させる。水素排気排水弁46が完全に閉じていれば、水素を含んだアノード側排気ガスは、循環管38から排出管44を通じて排出口16から排出されることはない。よって、水素検知器24により検知される水素の濃度が上昇することはない。一方、水素ポンプ40の運転により水素濃度が上昇すれば、水素排気排水弁46の閉止が完全ではなく、ここから漏れた水素が排出口16から排出され、検知されたと判定できる。判別部62は、水素ポンプ40の始動後の水素濃度の情報を、制御部54を介して水素検知器24から取得し、水素濃度の変化を監視する。水素濃度が上昇しなければ水素タンク等からの漏れ、上昇すれば水素排気排水弁46からの漏れであると判定する。   In order to further identify the source of the detected hydrogen, the hydrogen pump 40 may be driven to monitor the transition of the hydrogen concentration. When hydrogen is detected by the hydrogen detector 24, the control unit 54 operates the hydrogen pump 40 with the hydrogen exhaust / drain valve 46 closed. If the hydrogen exhaust drain valve 46 is completely closed, the anode side exhaust gas containing hydrogen will not be discharged from the discharge port 16 through the discharge pipe 44 from the circulation pipe 38. Therefore, the concentration of hydrogen detected by the hydrogen detector 24 does not increase. On the other hand, if the hydrogen concentration increases due to the operation of the hydrogen pump 40, it can be determined that the hydrogen exhaust drain valve 46 is not completely closed, and the hydrogen leaking from here is discharged from the discharge port 16 and detected. The determination unit 62 acquires information on the hydrogen concentration after the start of the hydrogen pump 40 from the hydrogen detector 24 via the control unit 54, and monitors the change in the hydrogen concentration. If the hydrogen concentration does not increase, it is determined that there is a leak from the hydrogen tank or the like, and if it increases, it is determined that the leak is from the hydrogen exhaust drain valve 46.

図3は、水素の出所判定に係る制御フローを示す図である。間欠運転実行中に、水素検知器24により水素が検知されると(S100)、制御部54は水素ポンプ40の運転を指令する(S102)。間欠運転実行中は、水素排気排水弁46は閉じ状態に制御されており、弁が正常であれば水素ポンプ40を運転しても水素が漏出することはない。   FIG. 3 is a diagram showing a control flow relating to determination of the origin of hydrogen. If hydrogen is detected by the hydrogen detector 24 during the intermittent operation (S100), the controller 54 commands the operation of the hydrogen pump 40 (S102). During the intermittent operation, the hydrogen exhaust drain valve 46 is controlled to be in a closed state. If the valve is normal, hydrogen does not leak even if the hydrogen pump 40 is operated.

水素ポンプ運転後の水素濃度を判別部62は監視し(S104)、水素濃度が上昇した場合、水素排気排水弁46からの漏出であると判断する(S106)。水素排気排水弁46からの漏出が判断されると、制御部54は、燃料電池の発電電力の上限値を正常時より低く設定する(S108)。これにより、燃料ガスの循環量、すなわち水素ポンプ40による水素供給量が制限され、水素排気排水弁46からの漏れを抑制することができる。水素供給量の制限は、ステップS100で水素検知と判断される濃度に達しない程度の値にするようにされる。この場合、車両の動力性能は低下するが走行を停止するまでには至らない。   The determination unit 62 monitors the hydrogen concentration after the operation of the hydrogen pump (S104), and when the hydrogen concentration increases, it is determined that the leakage is from the hydrogen exhaust / drain valve 46 (S106). When leakage from the hydrogen exhaust / drain valve 46 is determined, the control unit 54 sets the upper limit value of the generated power of the fuel cell lower than normal (S108). Thereby, the circulation amount of the fuel gas, that is, the hydrogen supply amount by the hydrogen pump 40 is limited, and leakage from the hydrogen exhaust drain valve 46 can be suppressed. The limit of the hydrogen supply amount is set to a value that does not reach the concentration determined as hydrogen detection in step S100. In this case, the power performance of the vehicle is reduced, but the vehicle cannot be stopped before traveling.

ステップS104において、水素ポンプ40の運転後、水素濃度が上昇しなければ、水素タンク20からの漏出と判定する(S110)。この場合は、車両を停止する制御が行われる(S112)。   In step S104, if the hydrogen concentration does not increase after the operation of the hydrogen pump 40, it is determined that the hydrogen tank 20 has leaked (S110). In this case, control for stopping the vehicle is performed (S112).

図4は、水素の出所判定に係る他の制御フローを示す図である。間欠運転実行中に、水素検知器24により水素が検知されると(S100)、判定部62は水素濃度を所定時間監視し、その間の水素濃度の上昇の速さを測定する(S120)。水素濃度を監視する時間は、予め定められた固定の時間とすることも、また他の条件によって可変的に定められた値とすることもできる。   FIG. 4 is a diagram showing another control flow relating to the determination of the origin of hydrogen. When hydrogen is detected by the hydrogen detector 24 during the intermittent operation (S100), the determination unit 62 monitors the hydrogen concentration for a predetermined time and measures the rate of increase of the hydrogen concentration during that time (S120). The time for monitoring the hydrogen concentration may be a predetermined fixed time, or may be a value variably determined according to other conditions.

制御部54は、水素濃度の上昇の速さの測定が完了すると、水素ポンプ40の運転を指令する(S102)。間欠運転実行中は、水素排気排水弁46は閉じ状態に制御されており、弁が正常であれば水素ポンプ40を運転しても水素が漏出することはない。   When the measurement of the rate of increase in the hydrogen concentration is completed, the control unit 54 commands the operation of the hydrogen pump 40 (S102). During the intermittent operation, the hydrogen exhaust drain valve 46 is controlled to be in a closed state. If the valve is normal, hydrogen does not leak even if the hydrogen pump 40 is operated.

判定部62は、水素ポンプ40の運転後の水素濃度の上昇の速さを測定し、これと水素ポンプ40の運転前に測定した値と比較する(S122)。水素濃度上昇の速さが増加した場合、水素ポンプ40の運転により、循環管38の水素が水素排気排水弁46から漏出し、これが検知されていると判定する(S106)。水素排気排水弁46からの漏出が判断されると、制御部54は、燃料電池の発電電力の上限値を正常時より低く設定する(S108)。これにより、燃料ガスの循環量、すなわち水素ポンプ40による水素供給量が制限され、水素排気排水弁46からの漏れを抑制することができる。水素供給量の制限は、ステップS100で水素検知と判断される濃度に達しない程度の値にするようにされる。この場合、車両の動力性能は落ちるが走行を停止するまでには至らない。   The determination unit 62 measures the rate of increase in the hydrogen concentration after the operation of the hydrogen pump 40, and compares this with the value measured before the operation of the hydrogen pump 40 (S122). If the rate of increase in the hydrogen concentration increases, it is determined that hydrogen in the circulation pipe 38 has leaked from the hydrogen exhaust drain valve 46 due to the operation of the hydrogen pump 40 and this has been detected (S106). When leakage from the hydrogen exhaust / drain valve 46 is determined, the control unit 54 sets the upper limit value of the generated power of the fuel cell lower than normal (S108). Thereby, the circulation amount of the fuel gas, that is, the hydrogen supply amount by the hydrogen pump 40 is limited, and leakage from the hydrogen exhaust drain valve 46 can be suppressed. The limit of the hydrogen supply amount is set to a value that does not reach the concentration determined as hydrogen detection in step S100. In this case, the power performance of the vehicle is reduced, but it does not reach the point where the traveling is stopped.

ステップS122において、水素ポンプ40の運転後、水素濃度の上昇速さが増加しなかった場合、水素タンクおよび水素供給系から水素が漏出していると判定する(S110)。この場合は、車両を停止する制御が行われる(S112)。   In step S122, after the operation of the hydrogen pump 40, if the rate of increase in hydrogen concentration has not increased, it is determined that hydrogen has leaked from the hydrogen tank and the hydrogen supply system (S110). In this case, control for stopping the vehicle is performed (S112).

なお、図2において、制御部54と判別部62を別のブロックで示したが、実際には、同一の演算装置が制御部および判別部の処理を実行する。   In FIG. 2, the control unit 54 and the determination unit 62 are shown as separate blocks, but actually, the same arithmetic unit executes the processing of the control unit and the determination unit.

以上は、燃料電池の間欠運転時における水素漏れの判定であるが、燃料電池の発電中においては、現在の水素濃度の値を、過去のデータと比較する。過去の発電中の水素濃度より現在の水素濃度が高くなれば、水素漏れの判定を行う。   The above is the determination of hydrogen leakage during intermittent operation of the fuel cell. During the power generation of the fuel cell, the current value of hydrogen concentration is compared with past data. If the current hydrogen concentration becomes higher than the hydrogen concentration during the past power generation, the hydrogen leakage is determined.

以下に、水素漏れ検知の好ましい態様を記す。   Below, the preferable aspect of hydrogen leak detection is described.

(1)
水素タンクの上方に設置された水素を検知する水素検知器と、
燃料電池システムの間欠運転時における水素検知器による水素の検知に基づき、検知された水素の出所を判別する判別部と、
を有する、車両に搭載される燃料電池システムであって、
水素を循環させる水素ポンプと、
水素反応後の使用済み燃料ガスを燃料電池スタックから排出ための水素排気排水弁と、
水素ポンプと水素排気排水弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記判別部は、前記間欠運転時において水素検知器により水素が検知されると、水素濃度の上昇の速さを測定し、
前記制御部は、前記水素濃度の上昇の速さの測定終了後、水素排気排水弁を閉じ状態とし、かつ水素ポンプを運転して水素を送り、
前記判別部は、更に、前記水素ポンプの運転後、水素検知器により検知される水素濃度の上昇の速さが増加しなければ、水素タンクまたは水素タンクから燃料電池スタックに水素を送る水素供給系から水素が漏れていると判定する、
燃料電池システム。
(1)
A hydrogen detector for detecting hydrogen installed above the hydrogen tank;
A discriminator for discriminating the origin of detected hydrogen based on detection of hydrogen by a hydrogen detector during intermittent operation of the fuel cell system;
A fuel cell system mounted on a vehicle having
A hydrogen pump for circulating hydrogen;
A hydrogen exhaust drain valve for discharging spent fuel gas after the hydrogen reaction from the fuel cell stack;
A control unit that controls the operation of the hydrogen pump and the hydrogen exhaust drain valve;
Have
The determination unit, when hydrogen is detected by the hydrogen detector during the intermittent operation, measures the rate of increase in hydrogen concentration,
After the measurement of the rate of increase in the hydrogen concentration, the control unit closes the hydrogen exhaust drain valve and operates the hydrogen pump to send hydrogen,
The determination unit further includes a hydrogen supply system that sends hydrogen from the hydrogen tank or the hydrogen tank to the fuel cell stack if the speed of increase in the hydrogen concentration detected by the hydrogen detector does not increase after the operation of the hydrogen pump. Determine that hydrogen is leaking from
Fuel cell system.

(2)
水素タンクの上方に設置された水素を検知する水素検知器と、
燃料電池システムの間欠運転時における水素検知器による水素の検知に基づき、検知された水素の出所を判別する判別部と、
を有する、車両に搭載される燃料電池システムであって、
水素を循環させる水素ポンプと、
水素反応後の使用済み燃料ガスを燃料電池スタックから排出ための水素排気排水弁と、
水素ポンプと水素排気排水弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記判別部は、前記間欠運転時において水素検知器により水素が検知されると、水素濃度の上昇の速さを測定し、
前記制御部は、前記水素濃度の上昇の速さの測定終了後、水素排気排水弁を閉じ状態とし、かつ水素ポンプを運転して水素を送り、
前記判別部は、前記水素ポンプの運転後、水素検知器により検知される水素濃度が上昇の速さが増加した場合、水素排気排水弁から水素が漏れていると判定する、
燃料電池システム。
(2)
A hydrogen detector for detecting hydrogen installed above the hydrogen tank;
A discriminator for discriminating the origin of detected hydrogen based on detection of hydrogen by a hydrogen detector during intermittent operation of the fuel cell system;
A fuel cell system mounted on a vehicle having
A hydrogen pump for circulating hydrogen;
A hydrogen exhaust drain valve for discharging spent fuel gas after the hydrogen reaction from the fuel cell stack;
A control unit that controls the operation of the hydrogen pump and the hydrogen exhaust drain valve;
Have
The determination unit, when hydrogen is detected by the hydrogen detector during the intermittent operation, measures the rate of increase in hydrogen concentration,
After the measurement of the rate of increase in the hydrogen concentration, the control unit closes the hydrogen exhaust drain valve and operates the hydrogen pump to send hydrogen,
When the hydrogen concentration detected by the hydrogen detector increases after the operation of the hydrogen pump, the determination unit determines that hydrogen is leaking from the hydrogen exhaust drain valve,
Fuel cell system.

10 燃料電池搭載車両、12 燃料電池スタック、20 水素タンク、24 水素検知器、26 燃料電池システム、38 循環管、40 水素ポンプ、44 排出管、46 水素排気排水弁、54 制御部、62 判別部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell mounted vehicle, 12 Fuel cell stack, 20 Hydrogen tank, 24 Hydrogen detector, 26 Fuel cell system, 38 Circulation pipe, 40 Hydrogen pump, 44 Discharge pipe, 46 Hydrogen exhaust drain valve, 54 Control part, 62 Discrimination part .

Claims (4)

車両に搭載される燃料電池システムであって、
水素タンクの上方に設置された水素を検知する水素検知器と、
燃料電池システムの間欠運転時における水素検知器による水素の検知に基づき、検知された水素の出所を判別する判別部と、
を有する、燃料電池システム。
A fuel cell system mounted on a vehicle,
A hydrogen detector for detecting hydrogen installed above the hydrogen tank;
A discriminator for discriminating the origin of detected hydrogen based on detection of hydrogen by a hydrogen detector during intermittent operation of the fuel cell system;
A fuel cell system.
請求項1に記載された燃料電池システムであって、
水素を循環させる水素ポンプと、
水素反応後の使用済み燃料ガスを燃料電池スタックから排出するための水素排気排水弁と、
水素ポンプと水素排気排水弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記間欠運転時において水素検知器により水素が検知されると、水素排気排水弁を閉じ状態とし、かつ水素ポンプを運転して水素を送り、
前記判別部は、前記水素ポンプの運転後、水素検知器により検知される水素の濃度が上昇しなければ、水素タンクまたは水素タンクから燃料電池スタックに水素を送る水素供給系から水素が漏れていると判定する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
A hydrogen pump for circulating hydrogen;
A hydrogen exhaust drain valve for discharging spent fuel gas after the hydrogen reaction from the fuel cell stack;
A control unit that controls the operation of the hydrogen pump and the hydrogen exhaust drain valve;
Have
When the hydrogen is detected by the hydrogen detector during the intermittent operation, the control unit closes the hydrogen exhaust drain valve and operates the hydrogen pump to send hydrogen,
If the hydrogen concentration detected by the hydrogen detector does not increase after the hydrogen pump is operated, the determination unit leaks hydrogen from the hydrogen tank or a hydrogen supply system that sends hydrogen from the hydrogen tank to the fuel cell stack. To determine,
Fuel cell system.
請求項1に記載された燃料電池システムであって、
水素を循環させる水素ポンプと、
水素反応後の使用済み燃料ガスを燃料電池スタックから排出するための水素排気排水弁と、
水素ポンプと水素排気排水弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記間欠運転時において水素検知器により水素が検知されると、水素排気排水弁を閉じ状態とし、かつ水素ポンプを運転して水素を送り、
前記判別部は、前記水素ポンプの運転後、水素検知器により検知される水素の濃度が上昇した場合、水素排気排水弁から水素が漏れていると判定する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
A hydrogen pump for circulating hydrogen;
A hydrogen exhaust drain valve for discharging spent fuel gas after the hydrogen reaction from the fuel cell stack;
A control unit that controls the operation of the hydrogen pump and the hydrogen exhaust drain valve;
Have
When the hydrogen is detected by the hydrogen detector during the intermittent operation, the control unit closes the hydrogen exhaust drain valve and operates the hydrogen pump to send hydrogen,
The determination unit determines that hydrogen is leaking from the hydrogen exhaust drain valve when the concentration of hydrogen detected by the hydrogen detector increases after the operation of the hydrogen pump.
Fuel cell system.
請求項1に記載された燃料電池システムであって、前記判別部は、前記間欠運転時に水素検知器により水素が検知されると、水素タンクまたは水素タンクから燃料電池スタックに水素を送る水素供給系から水素が漏れていると判定する、燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination unit is configured to supply hydrogen from a hydrogen tank or a hydrogen tank to a fuel cell stack when hydrogen is detected by the hydrogen detector during the intermittent operation. A fuel cell system that determines that hydrogen is leaking from the fuel cell system.
JP2011064822A 2011-03-23 2011-03-23 Fuel cell system Withdrawn JP2012204011A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011064822A JP2012204011A (en) 2011-03-23 2011-03-23 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011064822A JP2012204011A (en) 2011-03-23 2011-03-23 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012204011A true JP2012204011A (en) 2012-10-22

Family

ID=47184828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011064822A Withdrawn JP2012204011A (en) 2011-03-23 2011-03-23 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012204011A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5670530B1 (en) * 2013-09-18 2015-02-18 光明理化学工業株式会社 Test gas generator
CN114171756A (en) * 2020-09-11 2022-03-11 丰田自动车株式会社 Fuel cell system
JP2022150810A (en) * 2021-03-26 2022-10-07 本田技研工業株式会社 fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5670530B1 (en) * 2013-09-18 2015-02-18 光明理化学工業株式会社 Test gas generator
CN114171756A (en) * 2020-09-11 2022-03-11 丰田自动车株式会社 Fuel cell system
JP2022150810A (en) * 2021-03-26 2022-10-07 本田技研工業株式会社 fuel cell system
JP7176032B2 (en) 2021-03-26 2022-11-21 本田技研工業株式会社 fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8481218B2 (en) Hydrogen exhaust system for fuel cell vehicle
US10892501B2 (en) Fuel cell system and method of operating the same
US20100055521A1 (en) Fuel cell system
US9017896B2 (en) Fuel cell system having fuel cell box and ventilation device
US20100092819A1 (en) Fuel cell system
WO2008056832A1 (en) Mobile body mounted with fuel cell
WO2006033425A1 (en) Fuel cell system and fuel cell system failure judgment method
WO2006030969A1 (en) Fuel cell system, and gas leakage determination method for fuel cell system
US8920984B2 (en) System and method for purging water from a fuel cell stack
EP3070773B1 (en) Fuel cell system
JP3866187B2 (en) Fuel cell vehicle
US20080096059A1 (en) Fuel cell system and method of controlling the system
JP2008112647A (en) Vehicular fuel cell system
US11024861B2 (en) Vehicle and control method thereof
CN108357369A (en) Fuel-cell vehicle
JP4504896B2 (en) Fuel cell system
JP2012204011A (en) Fuel cell system
US9853316B2 (en) Fuel cell system
US20120141896A1 (en) Fuel cell system and method of controlling the same
JP5330675B2 (en) Fuel cell system
JP5201902B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2006310236A (en) Fuel gas supplying device
JP2020161362A (en) Fuel cell system mounted on vehicle
KR20220091519A (en) Operation method of fuel cell system and control device therefor
JP2005129243A (en) Fuel cell system and operation method of fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140603