JP2014225472A - Fuel cell system - Google Patents

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哲也 上原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy in determining filter clogging.SOLUTION: A fuel cell system including a fuel cell, a compressor, and a filter comprises: flow rate detecting means (S1) for detecting a flow rate of cathode gases discharged from the compressor; pressure detecting means (S1) for detecting the pressure of the cathode gases discharged from the compressor; rotational speed detecting means (S1) for detecting the rotational speed of the compressor; foreign matter accumulation amount estimating means (S41) for estimating an amount of foreign matter accumulation of the filter on the basis of detection values of three parameters of the flow rate, pressure and rotational speed; and filter clogging determining means (S42) for determining whether the filter is clogged by comparing the amount of foreign matter accumulation with a predetermined threshold value for determining filter clogging.

Description

本発明は燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来の燃料電池システムは、カソードガス供給用のコンプレッサの上流にフィルタを備え、フィルタが詰まったかどうかを、コンプレッサの実消費電力と、コンプレッサの推定消費電力と、に基づき判定していた。(特許文献1参照)。   The conventional fuel cell system includes a filter upstream of the cathode gas supply compressor, and determines whether the filter is clogged based on the actual power consumption of the compressor and the estimated power consumption of the compressor. (See Patent Document 1).

特開2006−216478号公報JP 2006-216478 A

しかしながら、消費電力を計測するには、電圧及び電流を計測してそれらを掛け合わせる必要がある。計測した電圧及び電流にはそれぞれ誤差があり、それらを掛け合わせることでさらに誤差が大きくなる。そのため、消費電力の検知精度は低く、その結果、フィルタ詰まりの判定精度も低いという問題点があった。   However, in order to measure the power consumption, it is necessary to measure and multiply the voltage and current. The measured voltage and current each have an error, and the error is further increased by multiplying them. Therefore, there is a problem that the detection accuracy of the power consumption is low, and as a result, the determination accuracy of filter clogging is also low.

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、フィルタ詰まりの判定精度を向上させることを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and an object thereof is to improve the accuracy of filter clogging determination.

本発明は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、コンプレッサの上流に設けられ、燃料電池に供給するカソードガス中の異物を取り除くフィルタと、を備える燃料電池システムである。そして、コンプレッサから吐出されるカソードガスの流量を検出する流量検出手段と、コンプレッサから吐出されるカソードガスの圧力を検出する圧力検出手段と、コンプレッサの回転速度を検出する回転速度検出手段と、流量、圧力、及び、回転速度のうちの2つのパラメータの検出値に基づいて、残りのパラメータに関するフィルタ詰まり判定閾値を算出する閾値算出手段と、残りのパラメータの検出値と、フィルタ詰まり判定閾値と、を比較してフィルタが詰まっているかどうかを判定するフィルタ詰まり判定手段と、を備えることを特徴とする。   The present invention relates to a fuel cell that generates power by receiving supply of anode gas and cathode gas, a compressor that supplies cathode gas to the fuel cell, and a foreign substance in the cathode gas that is provided upstream of the compressor and is supplied to the fuel cell. And a filter. And a flow rate detecting means for detecting the flow rate of the cathode gas discharged from the compressor, a pressure detecting means for detecting the pressure of the cathode gas discharged from the compressor, a rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the compressor, and a flow rate. , A threshold value calculation means for calculating a filter clogging determination threshold value for the remaining parameters based on detection values of two parameters of the pressure and the rotation speed, a detection value of the remaining parameters, a filter clogging determination threshold value, And filter clogging determining means for determining whether or not the filter is clogged.

本発明によれば、流量、圧力、及び、回転速度の3つのパラメータのうち、2つのパラメータを固定すれば、フィルタの詰まり具合に応じて残りのパラメータが規則的に変化することを利用してフィルタ詰まりを判定するとともに、3つのパラメータのうちの1つに検知精度の高い回転速度を使用した。そのため、電力による比較によるものと比べて、フィルタ詰まりの判定精度を向上させることができる。   According to the present invention, if two of the three parameters of flow rate, pressure, and rotation speed are fixed, the remaining parameters change regularly according to the degree of filter clogging. In addition to determining filter clogging, a rotational speed with high detection accuracy was used for one of the three parameters. Therefore, the filter clogging determination accuracy can be improved as compared with the comparison based on electric power.

第1実施形態による燃料電池システムの概略図である。1 is a schematic view of a fuel cell system according to a first embodiment. フィルタ異物堆積量αとコンプレッサ回転速度Rとの関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a filter foreign matter accumulation amount α and a compressor rotation speed R. フィルタ異物堆積量αとコンプレッサ出口圧力Pとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the filter foreign material accumulation amount (alpha) and the compressor outlet pressure P. FIG. フィルタ異物堆積量αとカソードガス流量Qとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between filter foreign material accumulation amount (alpha) and cathode gas flow volume Q. FIG. 第1実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining filter clogging determination control by 1st Embodiment. コンプレッサ運転領域を示した図である。It is the figure which showed the compressor operation area | region. 第2実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 2nd Embodiment. 第3実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining filter clogging determination control by 3rd Embodiment. フィルタ異物堆積量αとコンプレッサ回転速度Rとの関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a filter foreign matter accumulation amount α and a compressor rotation speed R. 第4実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 4th Embodiment. フィルタ異物堆積量αとフィルタ圧力損失ΔPとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between filter foreign material accumulation amount (alpha) and filter pressure loss (DELTA) P. 第5実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 5th Embodiment. 準定常状態について説明する図である。It is a figure explaining a quasi-steady state. 第6実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining filter clogging determination control by 6th Embodiment. 第7実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 7th Embodiment. コンプレッサ回転速度Rlimと大気圧Patmとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between compressor rotational speed Rlim and atmospheric pressure Patm. コンプレッサ回転速度Rlimと吸気温Tinとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between compressor rotational speed Rlim and intake air temperature Tin. 第8実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 8th Embodiment. コンプレッサ出口圧力Plimと大気圧Patmとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between compressor outlet pressure Plim and atmospheric pressure Patm. 第9実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 9th Embodiment. カソードガス流量Qlimと大気圧Patmとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between cathode gas flow volume Qlim and atmospheric pressure Patm. カソードガス流量Qlimと吸気温Tinとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between cathode gas flow volume Qlim and intake air temperature Tin. 第10実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the filter clogging determination control by 10th Embodiment. 第11実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining filter clogging determination control by 11th Embodiment. 第12実施形態によるフィルタ詰まり判定制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining filter clogging determination control by 12th Embodiment.

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
燃料電池は電解質膜をアノード電極(燃料極)とカソード電極(酸化剤極)とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス(燃料ガス)、カソード電極に酸素を含有するカソードガス(酸化剤ガス)を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
(First embodiment)
In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.

アノード電極 : 2H2 →4H+ +4e- …(1)
カソード電極 : 4H+ +4e- +O2 →2H2O …(2)
この(1)(2)の電極反応によって燃料電池は1ボルト程度の起電力を生じる。
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e + O 2 → 2H 2 O (2)
The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).

このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。   When such a fuel cell is used as a power source for automobiles, a large amount of electric power is required, so that it is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.

図1は、本発明の第1実施形態による燃料電池システム100の概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 100 according to a first embodiment of the present invention.

燃料電池システム100は、燃料電池スタック1と、カソードガス供給装置2と、コントローラ3と、を備える。燃料電池スタック1にアノードガスを供給する装置については、本発明の主要部ではないので、発明の理解を容易にするため図示を省略した。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 1, a cathode gas supply device 2, and a controller 3. Since the apparatus for supplying the anode gas to the fuel cell stack 1 is not the main part of the present invention, the illustration is omitted to facilitate understanding of the invention.

燃料電池スタック1は、複数枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する
カソードガス供給装置2は、燃料電池スタック1に供給するカソードガスが流れるカソードガス供給通路20と、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスが流れるカソードガス排出通路21と、を備える。本実施形態では、大気中の空気をカソードガスとして取り込み使用する。
The fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of fuel cells. The cathode gas supply device 2 that generates power by receiving supply of anode gas and cathode gas is a cathode gas through which the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 flows. A supply passage 20 and a cathode gas discharge passage 21 through which the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 flows are provided. In this embodiment, air in the atmosphere is taken in and used as the cathode gas.

カソードガス供給通路20には、上流から順に、大気圧計22と、温度計23と、フィルタ24と、流量計25と、コンプレッサ26と、圧力計27と、が設けられる。   In the cathode gas supply passage 20, an atmospheric pressure gauge 22, a thermometer 23, a filter 24, a flow meter 25, a compressor 26, and a pressure gauge 27 are provided in order from the upstream.

大気圧計22は、外気の圧力を検出する。   The barometer 22 detects the pressure of the outside air.

温度計23は、燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの温度(以下「吸気温」という。)を検出する。   The thermometer 23 detects the temperature of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “intake air temperature”).

フィルタ24は、カソードガス供給通路20を流れるカソードガスから塵や埃などの異物を取り除く。   The filter 24 removes foreign matters such as dust and dirt from the cathode gas flowing through the cathode gas supply passage 20.

流量計25は、カソードガス供給通路20を流れるカソードガスの流量を検出する。本実施形態では、流量計25として質量流量計を使用するが、体積流量計を使用しても良い。   The flow meter 25 detects the flow rate of the cathode gas flowing through the cathode gas supply passage 20. In the present embodiment, a mass flow meter is used as the flow meter 25, but a volume flow meter may be used.

コンプレッサ26は遠心式のコンプレッサであり、モータ4によって駆動されて燃料電池スタック1に供給するカソードガスの流量を調整する。コンプレッサ26の回転速度の制御は、コントローラ3がインバータ5を介してモータ4の回転速度を制御することで行われる。コンプレッサ26には、コンプレッサ26の回転速度を検出する回転速度計28が設けられる。   The compressor 26 is a centrifugal compressor and is driven by the motor 4 to adjust the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1. The rotation speed of the compressor 26 is controlled by the controller 3 controlling the rotation speed of the motor 4 via the inverter 5. The compressor 26 is provided with a rotation speed meter 28 that detects the rotation speed of the compressor 26.

圧力計27は、コンプレッサ26から吐出されたカソードガスの圧力、すなわちコンプレッサ出口圧力を検出する。   The pressure gauge 27 detects the pressure of the cathode gas discharged from the compressor 26, that is, the compressor outlet pressure.

カソードガス排出通路21には、圧力調整弁29が設けられる。   A pressure regulating valve 29 is provided in the cathode gas discharge passage 21.

圧力調整弁29は、開度を自由に調整できる開閉弁であり、コントローラ3によって開度が制御されて燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの圧力を調整する。   The pressure adjustment valve 29 is an on-off valve whose opening degree can be freely adjusted. The opening degree is controlled by the controller 3 to adjust the pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1.

コントローラ3は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ3には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ31などの燃料電池システム100の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。コントローラ3は、これらの入力信号に基づいて燃料電池スタック1の目標発電量を算出し、燃料電池スタック1の発電量が目標発電量となるように、コンプレッサ26の回転速度や圧力調整弁29の開度を制御する。   The controller 3 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). The controller 3 receives signals from various sensors that detect the operating state of the fuel cell system 100 such as an accelerator stroke sensor 31 that detects the amount of depression of the accelerator pedal. The controller 3 calculates the target power generation amount of the fuel cell stack 1 based on these input signals, and the rotational speed of the compressor 26 and the pressure adjustment valve 29 so that the power generation amount of the fuel cell stack 1 becomes the target power generation amount. Control the opening.

ところで、フィルタ24には、カソードガスから取り除かれた異物が徐々に堆積していく。フィルタ24に堆積した異物の量(以下「フィルタ異物堆積量」という。)αが多くなると、フィルタ24が詰まってフィルタ前後の圧力損失(以下「フィルタ圧力損失」という。)ΔPが大きくなってしまう。そうすると、高負荷運転時などに所望のカソードガス流量が得られなくなるおそれがある。また、所望のカソードガス流量を得るために保証回転速度を超えてコンプレッサ26を回転させてしまうおそれがある。そのため、燃料電池システム100の信頼性や安全性を確保するには、フィルタ24が詰まっているかどうか、すなわち、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まりと判定できる所定の堆積量(以下「フィルタ詰まり量」という。)αlimよりも多くなっているかどうかを精度良く判定する必要がある。   Incidentally, foreign substances removed from the cathode gas gradually accumulate on the filter 24. When the amount of foreign matter accumulated on the filter 24 (hereinafter referred to as “filter foreign matter accumulation amount”) α increases, the filter 24 becomes clogged and the pressure loss before and after the filter (hereinafter referred to as “filter pressure loss”) ΔP increases. . As a result, a desired cathode gas flow rate may not be obtained during high-load operation. Further, the compressor 26 may be rotated beyond the guaranteed rotational speed in order to obtain a desired cathode gas flow rate. Therefore, in order to ensure the reliability and safety of the fuel cell system 100, it is determined whether or not the filter 24 is clogged, that is, a predetermined accumulation amount (hereinafter referred to as “filter clogging amount”) that can determine that the filter foreign matter accumulation amount α is clogged. It is necessary to accurately determine whether or not it exceeds αlim.

そこで本実施形態では、フィルタ詰まりを判定するときに使用するパラメータの1つに、検知精度の高い回転速度計28の検出値を用いることで、フィルタ24が詰まっているかどうかを精度良く判定する。具体的には、カソードガス流量Q、コンプレッサ出口圧力P、及びコンプレッサ回転速度Rの3つのパラメータを使用してフィルタ24が詰まっているかどうかを精度良く判定する。以下では、図2から図4を参照して、これら3つのパラメータの関係について説明する。   Therefore, in this embodiment, it is accurately determined whether or not the filter 24 is clogged by using the detection value of the tachometer 28 with high detection accuracy as one of the parameters used when determining filter clogging. Specifically, it is accurately determined whether or not the filter 24 is clogged using the three parameters of the cathode gas flow rate Q, the compressor outlet pressure P, and the compressor rotation speed R. Hereinafter, the relationship between these three parameters will be described with reference to FIGS.

図2は、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pがある所定値のときの、フィルタ異物堆積量αとコンプレッサ回転速度Rとの関係を示した図である。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α and the compressor rotational speed R when the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are a predetermined value.

図2に示すように、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pがある所定値のときのコンプレッサ回転速度Rは、フィルタ異物堆積量αによって変化する。具体的には、フィルタ異物堆積量αが多くなるほど、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pをある所定値にするためのコンプレッサ回転速度Rは高くなる。   As shown in FIG. 2, the compressor rotation speed R when the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are a predetermined value varies depending on the filter foreign matter accumulation amount α. Specifically, as the filter foreign matter accumulation amount α increases, the compressor rotation speed R for setting the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P to a predetermined value increases.

図3は、カソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値のときの、フィルタ異物堆積量αとコンプレッサ出口圧力Pとの関係を示した図である。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α and the compressor outlet pressure P when the cathode gas flow rate Q and the compressor rotational speed R are at a predetermined value.

図3に示すように、カソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値のときのコンプレッサ出口圧力Pは、フィルタ異物堆積量αによって変化する。具体的には、フィルタ異物堆積量αが多くなるほど、カソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値のときのコンプレッサ出口圧力Pは低くなる。   As shown in FIG. 3, the compressor outlet pressure P when the cathode gas flow rate Q and the compressor rotation speed R are a predetermined value varies depending on the filter foreign matter accumulation amount α. Specifically, the larger the filter foreign matter accumulation amount α, the lower the compressor outlet pressure P when the cathode gas flow rate Q and the compressor rotational speed R are at a predetermined value.

図4は、コンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値のときの、フィルタ異物堆積量αとカソードガス流量Qとの関係を示した図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α and the cathode gas flow rate Q when the compressor outlet pressure P and the compressor rotation speed R are predetermined values.

図4に示すように、コンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値のときのカソードガス流量Qは、フィルタ異物堆積量αによって変化する。具体的には、フィルタ異物堆積量αが多くなるほど、コンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値のときのカソードガス流量Qは低くなる。   As shown in FIG. 4, the cathode gas flow rate Q when the compressor outlet pressure P and the compressor rotation speed R are a predetermined value varies depending on the filter foreign matter accumulation amount α. Specifically, the larger the filter foreign matter accumulation amount α, the lower the cathode gas flow rate Q when the compressor outlet pressure P and the compressor rotation speed R are at a predetermined value.

このように、カソードガス流量Q、コンプレッサ出口圧力P、及びコンプレッサ回転速度Rの3つのパラメータのうち、2つのパラメータを固定すれば、フィルタ異物堆積量αに応じて残りの1つのパラメータが規則的に変化する。   As described above, if two parameters are fixed among the three parameters of the cathode gas flow rate Q, the compressor outlet pressure P, and the compressor rotation speed R, the remaining one parameter is regularized according to the filter foreign matter accumulation amount α. To change.

したがって、フィルタ詰まり量αlimを予め設定しておけば、図2に示す関係から、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pがある所定値の場合における、フィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlimが分かる。   Therefore, if the filter clogging amount αlim is set in advance, the compressor rotation speed Rlim at the filter clogging amount αlim in the case where the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are a predetermined value is obtained from the relationship shown in FIG. I understand.

また、図3に示す関係から、カソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値の場合における、フィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力PPlimが分かる。   Further, from the relationship shown in FIG. 3, the compressor outlet pressure PPlim at the time of the filter clogging amount αlim when the cathode gas flow rate Q and the compressor rotation speed R are a predetermined value can be known.

さらに、図4に示す関係から、コンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rがある所定値の場合における、フィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimが分かる。   Further, from the relationship shown in FIG. 4, the cathode gas flow rate Qlim at the filter clogging amount αlim in the case where the compressor outlet pressure P and the compressor rotation speed R are predetermined values is known.

そこで本実施形態では、図2に示す関係を利用してフィルタ24が詰まっているかどうかを判定する。具体的には、予め実機による実験や机上シミュレーションによって、図2に示す関係からフィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlimを各カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pに応じて求めておき、コントローラ3に記憶させておく。そして、流量計25及び圧力計27で実際に検出したカソードガス流量Qmea及びコンプレッサ出口圧力Pmeaに基づいて、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlim(フィルタ詰まり判定閾値)を算出する。そして、回転速度計28で実際に検出したコンプレッサ回転速度Rmeaが、この算出したコンプレッサ回転速度Rlimよりも高くなったときに、フィルタ24が詰まっていると判定する。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   Therefore, in this embodiment, it is determined whether the filter 24 is clogged using the relationship shown in FIG. Specifically, the compressor rotation speed Rlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is determined according to each cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P from the relationship shown in FIG. And is stored in the controller 3. Based on the cathode gas flow rate Qmea and the compressor outlet pressure Pmea actually detected by the flow meter 25 and the pressure gauge 27, the compressor rotation speed Rlim (filter clogging determination threshold value) when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim. Is calculated. Then, when the compressor rotational speed Rmea actually detected by the rotational speed meter 28 becomes higher than the calculated compressor rotational speed Rlim, it is determined that the filter 24 is clogged. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図5は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 5 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1において、コントローラ3は、流量計25から現在のカソードガス流量Qmeaを、圧力計27から現在のコンプレッサ出口圧力Pmeaを、回転速度計28から現在のコンプレッサ回転速度Rmeaを検出する。   In step S <b> 1, the controller 3 detects the current cathode gas flow rate Qmea from the flow meter 25, the current compressor outlet pressure Pmea from the pressure gauge 27, and the current compressor rotation speed Rmea from the tachometer 28.

ステップS2において、コントローラ3は、予め記憶しておいた各カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pに応じたフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlimの情報を参照して、検出した現在のカソードガス流量Qmea及びコンプレッサ出口圧力Pmeaにおける、フィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlimを算出する。   In step S2, the controller 3 refers to the information on the compressor rotation speed Rlim at the time of the filter clogging amount αlim corresponding to each cathode gas flow rate Q and compressor outlet pressure P stored in advance, and detects the detected current cathode The compressor rotation speed Rlim at the filter clogging amount αlim at the gas flow rate Qmea and the compressor outlet pressure Pmea is calculated.

ステップS3において、コントローラ3は、ステップS1で検出したコンプレッサ回転速度Rmeaと、ステップS2で算出したフィルタ詰まり判定閾値としてのコンプレッサ回転速度Rlimと、を比較する。コントローラ3は、コンプレッサ回転速度Rがコンプレッサ回転速度Rlimより低ければ、フィルタ24はまだ詰まっていないとして今回の処理を終了する。一方で、コンプレッサ回転速度Rがコンプレッサ回転速度Rlim以上であれば、ステップS4の処理を行う。   In step S3, the controller 3 compares the compressor rotation speed Rmea detected in step S1 with the compressor rotation speed Rlim as the filter clogging determination threshold calculated in step S2. If the compressor rotation speed R is lower than the compressor rotation speed Rlim, the controller 3 determines that the filter 24 is not yet clogged and ends the current process. On the other hand, if the compressor rotational speed R is equal to or higher than the compressor rotational speed Rlim, the process of step S4 is performed.

ステップS4において、コントローラ3は、フィルタ24が詰まっていると判定する。   In step S4, the controller 3 determines that the filter 24 is clogged.

以上説明した本実施形態によれば、カソードガス流量Q、コンプレッサ出口圧力P、及びコンプレッサ回転速度Rの3つのパラメータのうち、2つのパラメータを固定すればフィルタ異物堆積量αに応じて残りの1つのパラメータが規則的に変化することを利用して、フィルタ詰まりを判定することとした。そして、3つのパラメータのうちの1つに、検知精度の高い回転速度計28の検出値を用いることとした。   According to the present embodiment described above, if two parameters are fixed among the three parameters of the cathode gas flow rate Q, the compressor outlet pressure P, and the compressor rotation speed R, the remaining 1 is set according to the filter foreign matter accumulation amount α. Filter clogging was determined using the fact that one parameter changes regularly. The detected value of the tachometer 28 with high detection accuracy is used as one of the three parameters.

これにより、コンプレッサ回転速度Rを用いずにフィルタ詰まりを判定する場合と比べ、精度良くフィルタ詰まりを判定することができる。   Thereby, compared with the case where filter clogging is determined without using the compressor rotation speed R, filter clogging can be determined with higher accuracy.

また、コンプレッサ26として遠心式のコンプレッサを使用することで、フィルタ詰まりの判定精度を向上させることができる。以下、この理由について説明する。   Further, by using a centrifugal compressor as the compressor 26, it is possible to improve the filter clogging determination accuracy. Hereinafter, this reason will be described.

図6は、横軸をカソードガス流量Q、縦軸をフィルタ圧力損失ΔPとしたときのコンプレッサ運転領域を示した図である。図中実線で囲われた部分がコンプレッサ運転領域であり、その中の破線が等回転速度線である。   FIG. 6 is a diagram showing a compressor operation region when the horizontal axis represents the cathode gas flow rate Q and the vertical axis represents the filter pressure loss ΔP. A portion surrounded by a solid line in the figure is a compressor operation region, and a broken line in the region is a constant rotation speed line.

図6に一点鎖線で囲われた部分で示すように、遠心式のコンプレッサ26は、カソードガス流量Qを一定としたとき、フィルタ圧力損失ΔPの変化に対して回転速度が大きく変化する領域を持つ。したがって、その領域でフィルタ詰まり判定が行われた場合、フィルタ詰まりに起因する各パラメータの変化割合も大きくなり、各パラメータの検知精度が向上する。よって、遠心式のコンプレッサを使用することで、より精度良くフィルタ詰まりを判定することができる。   As shown by the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 6, the centrifugal compressor 26 has a region where the rotational speed greatly changes with respect to the change of the filter pressure loss ΔP when the cathode gas flow rate Q is constant. . Therefore, when the filter clogging determination is performed in that region, the rate of change of each parameter due to the filter clogging is increased, and the detection accuracy of each parameter is improved. Therefore, filter clogging can be determined with higher accuracy by using a centrifugal compressor.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、検出したカソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rに基づいて、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力Plimを算出する点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the compressor outlet pressure Plim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is calculated based on the detected cathode gas flow rate Q and the compressor rotation speed R. Hereinafter, the difference will be mainly described. In each of the following embodiments, the same reference numerals are used for portions that perform the same functions as those of the first embodiment described above, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

本実施形態では、前述した図3に示す関係を利用してフィルタ24が詰まっているかどうかを判定する。   In the present embodiment, it is determined whether the filter 24 is clogged using the relationship shown in FIG.

具体的には、予め実機による実験や机上シミュレーションによって、図3に示す関係からフィルタ詰まり量がαlimのときのコンプレッサ出口圧力Plimを各カソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rに応じて求めておき、コントローラ3に記憶させておく。そして、流量計25及び回転速度計28で実際に検出したカソードガス流量Qmea及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力Plim(フィルタ詰まり判定閾値)を算出する。そして、圧力計27で実際に検出したコンプレッサ出口圧力Pmeaが、この算出したコンプレッサ出口圧力Plimよりも低くなったときに、フィルタ24が詰まっていると判定する。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   Specifically, the compressor outlet pressure Plim when the filter clogging amount is αlim from the relationship shown in FIG. 3 according to the cathode gas flow rate Q and the compressor rotation speed R, in advance, through experiments with an actual machine or desktop simulation, It is stored in the controller 3. Then, based on the cathode gas flow rate Qmea and the compressor rotation speed Rmea actually detected by the flow meter 25 and the rotation speed meter 28, the compressor outlet pressure Plim (filter clogging determination threshold value) when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim. ) Is calculated. When the compressor outlet pressure Pmea actually detected by the pressure gauge 27 becomes lower than the calculated compressor outlet pressure Plim, it is determined that the filter 24 is clogged. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図7は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 7 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1及びステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 and S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS21において、コントローラ3は、予め記憶しておいたカソードガス流量Q及びコンプレッサ回転速度Rに応じたフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力Plimの情報を参照して、検出した現在のカソードガス流量Qmea及びコンプレッサ回転速度Rmeaにおける、フィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力Plimを算出する。   In step S21, the controller 3 refers to the information of the compressor outlet pressure Plim at the time of the filter clogging amount αlim corresponding to the cathode gas flow rate Q and the compressor rotation speed R stored in advance, and detects the detected current cathode gas. The compressor outlet pressure Plim at the filter clogging amount αlim at the flow rate Qmea and the compressor rotation speed Rmea is calculated.

ステップS22において、コントローラ3は、ステップS1で検出したコンプレッサ出口圧力Pmeaと、ステップS21で算出したフィルタ詰まり判定閾値としてのコンプレッサ出口圧力Plimと、を比較する。コントローラ3は、コンプレッサ出口圧力Pmeaがコンプレッサ出口圧力Plimより高ければ、フィルタ24はまだ詰まっていないとして今回の処理を終了する。一方で、コンプレッサ出口圧力Pがコンプレッサ出口圧力Plim以下であれば、ステップS4の処理を行う。   In step S22, the controller 3 compares the compressor outlet pressure Pmea detected in step S1 with the compressor outlet pressure Plim as the filter clogging determination threshold calculated in step S21. If the compressor outlet pressure Pmea is higher than the compressor outlet pressure Plim, the controller 3 ends the current process on the assumption that the filter 24 is not clogged yet. On the other hand, if the compressor outlet pressure P is equal to or lower than the compressor outlet pressure Plim, the process of step S4 is performed.

以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、カソードガス流量Q、コンプレッサ出口圧力P、及びコンプレッサ回転速度Rの3つのパラメータのうち、2つのパラメータを固定すればフィルタ異物堆積量αに応じて残りの1つのパラメータが規則的に変化することを利用して、フィルタ詰まりを判定することとした。そして、3つのパラメータのうちの1つに、検知精度の高い回転速度計28の検出値を用いることとした。   According to the present embodiment described above, filter foreign matter accumulation can be achieved by fixing two parameters among the three parameters of the cathode gas flow rate Q, the compressor outlet pressure P, and the compressor rotation speed R, as in the first embodiment. Filter clogging is determined using the fact that the remaining one parameter changes regularly according to the amount α. The detected value of the tachometer 28 with high detection accuracy is used as one of the three parameters.

これにより、フィルタ詰まりを判定する場合にコンプレッサ回転速度Rを用いないときと比べて、精度良くフィルタ詰まりを判定することができる。   Thereby, it is possible to determine the filter clogging with higher accuracy than when the compressor rotation speed R is not used when determining the filter clogging.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、検出したコンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rに基づいて、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimを算出する点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is different from the first embodiment in that the cathode gas flow rate Qlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is calculated based on the detected compressor outlet pressure P and compressor rotation speed R. Hereinafter, the difference will be mainly described.

本実施形態では、前述した図4に示す関係を利用してフィルタ24が詰まっているかどうかを判定する。   In the present embodiment, it is determined whether the filter 24 is clogged using the relationship shown in FIG.

具体的には、予め実機による実験や机上シミュレーションによって、図4に示す関係からフィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimを各コンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rに応じて求めておき、コントローラ3に記憶させておく。そして、圧力計27及び回転速度計28で実際に検出したコンプレッサ出口圧力Pmea及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlim(フィルタ詰まり判定閾値)を算出する。そして、流量計25で実際に検出したカソードガス流量Qmeaが、この算出したカソードガス流量Qlimよりも低くなったときに、フィルタ24が詰まっていると判定する。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   Specifically, the cathode gas flow rate Qlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is determined according to each compressor outlet pressure P and compressor rotational speed R from the relationship shown in FIG. And is stored in the controller 3. Then, based on the compressor outlet pressure Pmea and the compressor rotational speed Rmea actually detected by the pressure gauge 27 and the rotational speed meter 28, the cathode gas flow rate Qlim (filter clogging determination threshold value) when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim. ) Is calculated. When the cathode gas flow rate Qmea actually detected by the flow meter 25 becomes lower than the calculated cathode gas flow rate Qlim, it is determined that the filter 24 is clogged. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図8は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 8 is a flowchart for explaining filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1及びステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 and S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS31において、コントローラ3は、予め記憶しておいたコンプレッサ出口圧力P及びコンプレッサ回転速度Rに応じたフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimの情報を参照して、検出した現在のコンプレッサ出口圧力Pmea及びコンプレッサ回転速度Rmeaにおける、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimを算出する。   In step S31, the controller 3 refers to the information of the cathode gas flow rate Qlim at the time of the filter clogging amount αlim corresponding to the compressor outlet pressure P and the compressor rotational speed R stored in advance, and detects the current compressor outlet detected. The cathode gas flow rate Qlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim at the pressure Pmea and the compressor rotation speed Rmea is calculated.

ステップS32において、コントローラ3は、ステップS1で検出したカソードガス流量Qmeaと、ステップS31で算出したフィルタ詰まり判定閾値としてのカソードガス流量Qlimと、を比較する。コントローラ3は、カソードガス流量Qmeaがカソードガス流量Qlimより高ければ、フィルタ24はまだ詰まっていないとして今回の処理を終了する。一方で、カソードガス流量Qmeaがカソードガス流量Qlim以下であれば、ステップS4の処理を行う。   In step S32, the controller 3 compares the cathode gas flow rate Qmea detected in step S1 with the cathode gas flow rate Qlim as the filter clogging determination threshold calculated in step S31. If the cathode gas flow rate Qmea is higher than the cathode gas flow rate Qlim, the controller 3 determines that the filter 24 is not yet clogged and ends the current process. On the other hand, if the cathode gas flow rate Qmea is equal to or less than the cathode gas flow rate Qlim, the process of step S4 is performed.

以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、カソードガス流量Q、コンプレッサ出口圧力P、及びコンプレッサ回転速度Rの3つのパラメータのうち、2つのパラメータを固定すればフィルタ異物堆積量αに応じて残りの1つのパラメータが規則的に変化することを利用して、フィルタ詰まりを判定することとした。そして、3つのパラメータのうちの1つに、検知精度の高い回転速度計28の検出値を用いることとした。   According to the present embodiment described above, filter foreign matter accumulation can be achieved by fixing two parameters among the three parameters of the cathode gas flow rate Q, the compressor outlet pressure P, and the compressor rotation speed R, as in the first embodiment. Filter clogging is determined using the fact that the remaining one parameter changes regularly according to the amount α. The detected value of the tachometer 28 with high detection accuracy is used as one of the three parameters.

これにより、フィルタ詰まりを判定する場合にコンプレッサ回転速度Rを用いないときと比べて、精度良くフィルタ詰まりを判定することができる。   Thereby, it is possible to determine the filter clogging with higher accuracy than when the compressor rotation speed R is not used when determining the filter clogging.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、検出したカソードガス流量Qmea、コンプレッサ出口圧力Pmea、及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて、現在のフィルタ異物堆積量αcalを推定する点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the current filter foreign matter accumulation amount αcal is estimated based on the detected cathode gas flow rate Qmea, compressor outlet pressure Pmea, and compressor rotation speed Rmea. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図9は、前述した図2と同じ図であり、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pがある所定値のときの、フィルタ異物堆積量αとコンプレッサ回転速度Rとの関係を示した図である。   FIG. 9 is the same diagram as FIG. 2 described above, and shows the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α and the compressor rotational speed R when the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are at a predetermined value. .

本実施形態では、予め実機による実験や机上シミュレーションによって、この図9に示すフィルタ異物堆積量αとコンプレッサ回転速度Rとの関係をカソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pに応じて求めておく。   In the present embodiment, the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α and the compressor rotational speed R shown in FIG. 9 is obtained in advance according to the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P through experiments with an actual machine and desktop simulation.

これにより、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pを検出すれば、その検出したカソードガス流量Qmea及びコンプレッサ出口圧力Pmeaに応じたフィルタ異物堆積量αとコンプレッサ回転速度Rとの関係が分かる。そうすると、別途、コンプレッサ回転速度Rmeaを検出すれば、その検出したコンプレッサ回転速度Rmeaと図9に示す関係から、現在のフィルタ異物堆積量αcalを推定することができる。   Thus, if the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are detected, the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α corresponding to the detected cathode gas flow rate Qmea and compressor outlet pressure Pmea and the compressor rotation speed R can be known. Then, if the compressor rotational speed Rmea is detected separately, the current filter foreign matter accumulation amount αcal can be estimated from the detected compressor rotational speed Rmea and the relationship shown in FIG.

そこで本実施形態では、このようにして推定したフィルタ異物堆積量αcalと、予め設定しておいたフィルタ詰まり量αlim(フィルタ詰まり判定閾値)と、を比較してフィルタ24が詰まっているかどうかを判定する。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not the filter 24 is clogged by comparing the filter foreign matter accumulation amount αcal estimated in this way with a preset filter clogging amount αlim (filter clogging determination threshold). To do. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図10は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 10 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1及びステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 and S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS41において、コントローラ3は、検出した現在のカソードガス流量Qmea、コンプレッサ出口圧力Pmea、及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて、現在のフィルタ異物堆積量αcalを推定する。   In step S41, the controller 3 estimates the current filter foreign matter accumulation amount αcal based on the detected current cathode gas flow rate Qmea, compressor outlet pressure Pmea, and compressor rotation speed Rmea.

ステップS42において、コントローラ3は、推定したフィルタ異物堆積量αcalと、予め設定しておいたフィルタ詰まり判定閾値としてのフィルタ詰まり量αlimと、を比較する。コントローラ3は、推定したフィルタ異物堆積量αcalがフィルタ詰まり量αlimよりも小さければ、フィルタ24はまだ詰まっていないとして今回の処理を終了する。一方で、推定したフィルタ異物堆積量αcalがフィルタ詰まり量αlim以上であれば、ステップS4の処理を行う。   In step S42, the controller 3 compares the estimated filter foreign matter accumulation amount αcal with a preset filter clogging amount αlim as a filter clogging determination threshold value. If the estimated filter foreign matter accumulation amount αcal is smaller than the filter clogging amount αlim, the controller 3 determines that the filter 24 is not yet clogged and ends the current process. On the other hand, if the estimated filter foreign matter accumulation amount αcal is equal to or greater than the filter clogging amount αlim, the process of step S4 is performed.

以上説明した本実施形態によれば、検出した現在のカソードガス流量Qmea、コンプレッサ出口圧力Pmea、及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて、直接現在のフィルタ異物堆積量αcalを推定する。この場合も、フィルタ異物堆積量αcalを推定するために、検知精度の高い回転速度計28の検出値を用いているので、コンプレッサ回転速度Rを用いない場合と比べて、精度良くフィルタ詰まりを判定することができる。   According to the present embodiment described above, the current filter foreign matter accumulation amount αcal is directly estimated based on the detected current cathode gas flow rate Qmea, compressor outlet pressure Pmea, and compressor rotation speed Rmea. Also in this case, since the detection value of the tachometer 28 with high detection accuracy is used to estimate the filter foreign matter accumulation amount αcal, the filter clogging is determined with higher accuracy than when the compressor rotation speed R is not used. can do.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、推定したフィルタ異物堆積量αに基づいて、フィルタ圧力損失ΔPを推定する点で第4実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the fourth embodiment in that the filter pressure loss ΔP is estimated based on the estimated filter foreign matter accumulation amount α. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図11は、フィルタ異物堆積量αと、フィルタ圧力損失ΔPと、の関係を示した図である。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the filter foreign matter accumulation amount α and the filter pressure loss ΔP.

図11に示すように、フィルタ圧力損失ΔPは、フィルタ異物堆積量αに応じて規則的に変化し、フィルタ異物堆積量αが多くなるほど大きくなる。   As shown in FIG. 11, the filter pressure loss ΔP regularly changes according to the filter foreign matter accumulation amount α, and increases as the filter foreign matter accumulation amount α increases.

そこで本実施形態では、予め実機による実験や机上シミュレーションによって、この図11に示す関係を求めておき、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimになったときのフィルタ圧力損失ΔPlim(フィルタ詰まり判定閾値)を求めておく。   Therefore, in the present embodiment, the relationship shown in FIG. 11 is obtained in advance by an experiment with an actual machine or a desktop simulation, and the filter pressure loss ΔPlim (filter clogging determination threshold value) when the filter foreign matter accumulation amount α becomes the filter clogging amount αlim. )

そして、検出した現在のカソードガス流量Qmea、コンプレッサ出口圧力Pmea、及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて推定した現在のフィルタ異物堆積量αcalから、図11を参照して現在のフィルタ圧力損失ΔPcalを算出し、フィルタ圧力損失ΔPlimと比較することでフィルタ詰まりを判定する。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   The current filter pressure loss ΔPcal is calculated with reference to FIG. 11 from the current filter foreign matter accumulation amount αcal estimated based on the detected current cathode gas flow rate Qmea, compressor outlet pressure Pmea, and compressor rotation speed Rmea. Filter clogging is determined by comparing with the filter pressure loss ΔPlim. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図12は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 12 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1及びステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っており、ステップS41では第4実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In step S1 and step S4, the same processing as that of the first embodiment is performed, and in step S41, the same processing as that of the fourth embodiment is performed.

ステップS51において、コントローラ3は、推定したフィルタ異物堆積量αcalに基づいて、図11を参照してフィルタ圧力損失ΔPcalを算出する。   In step S51, the controller 3 calculates a filter pressure loss ΔPcal with reference to FIG. 11 based on the estimated filter foreign matter accumulation amount αcal.

ステップS52において、コントローラ3は、算出したフィルタ圧力損失ΔPcalと、予め設定しておいたフィルタ詰まり判定閾値としてのフィルタ圧力損失ΔPlimと、を比較する。コントローラ3は、算出したフィルタ圧力損失ΔPcalがフィルタ圧力損失ΔPlimよりも小さければ、フィルタ24はまだ詰まっていないとして今回の処理を終了する。一方で、算出したフィルタ圧力損失ΔPcalがフィルタ圧力損失ΔPlim以上であれば、ステップS4の処理を行う。   In step S52, the controller 3 compares the calculated filter pressure loss ΔPcal with a preset filter pressure loss ΔPlim as a filter clogging determination threshold. If the calculated filter pressure loss ΔPcal is smaller than the filter pressure loss ΔPlim, the controller 3 determines that the filter 24 is not yet clogged and ends the current process. On the other hand, if the calculated filter pressure loss ΔPcal is greater than or equal to the filter pressure loss ΔPlim, the process of step S4 is performed.

以上説明した本実施形態によれば、検出した現在のカソードガス流量Qmea、コンプレッサ出口圧力Pmea、及びコンプレッサ回転速度Rmeaに基づいて、直接現在のフィルタ異物堆積量αcalを推定する。そして、推定したフィルタ異物堆積量αcalに基づいてフィルタ圧力損失ΔPcalを算出し、これを予め設定しておいたフィルタ圧力損失ΔPlimと比較してフィルタ詰まりを判定する。この場合も、フィルタ異物堆積量αcalを推定するために、検知精度の高い回転速度計28の検出値を用いているので、コンプレッサ回転速度Rを用いない場合と比べて、精度良くフィルタ詰まりを判定することができる。   According to the present embodiment described above, the current filter foreign matter accumulation amount αcal is directly estimated based on the detected current cathode gas flow rate Qmea, compressor outlet pressure Pmea, and compressor rotation speed Rmea. Then, the filter pressure loss ΔPcal is calculated based on the estimated filter foreign matter accumulation amount αcal, and this is compared with a preset filter pressure loss ΔPlim to determine filter clogging. Also in this case, since the detection value of the tachometer 28 with high detection accuracy is used to estimate the filter foreign matter accumulation amount αcal, the filter clogging is determined with higher accuracy than when the compressor rotation speed R is not used. can do.

(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態は、カソードガス流量Q、コンプレッサ出口圧力P、及びコンプレッサ回転速度Rの3つのパラメータのうち、固定する2つのパラメータが準定常状態になったときにフィルタ24が詰まっているかどうかを判定する点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, it is determined whether or not the filter 24 is clogged when two parameters to be fixed among the three parameters of the cathode gas flow rate Q, the compressor outlet pressure P, and the compressor rotation speed R are in a quasi-steady state. This is different from the first embodiment. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図13は、準定常状態について説明する図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a quasi-steady state.

準定常状態とは、図13に示すように、固定する2つのパラメータ(本実施形態では、カソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pとする。)が、燃料電池スタック1の要求発電量に基づいてパラメータごとに算出される目標値Qd,Pdの近傍に所定時間収まっている状態のことをいう。さらに言えば、固定する2つのパラメータのうちの1つでも、燃料電池スタック1の要求発電量に基づいてパラメータごとに算出される目標値Qd,Pdの近傍から外れた状態は準定常状態ではない。目標値は、燃料電池スタック1の発電量を要求発電量にするための各パラメータの目標値である。目標値の近傍とは、目標値を中央値として、目標値よりも所定値δだけ小さい下限値から、目標値よりも所定値δだけ大きい上限値までの間の範囲をいう。   As shown in FIG. 13, the quasi-steady state is based on the required power generation amount of the fuel cell stack 1 in which two parameters to be fixed (in this embodiment, the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P). It means a state in which it is within a predetermined time in the vicinity of the target values Qd and Pd calculated for each parameter. Furthermore, even in one of the two parameters to be fixed, the state deviating from the vicinity of the target values Qd and Pd calculated for each parameter based on the required power generation amount of the fuel cell stack 1 is not a quasi-steady state. . The target value is a target value of each parameter for setting the power generation amount of the fuel cell stack 1 to the required power generation amount. The vicinity of the target value refers to a range from a lower limit value that is smaller than the target value by the predetermined value δ to an upper limit value that is larger than the target value by the predetermined value δ, with the target value as the median value.

このように、固定する2つのパラメータの変動が少ない準定常状態でフィルタ24が詰まっているかどうかを判定することで、判定精度を一層向上させることができる。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   As described above, the determination accuracy can be further improved by determining whether or not the filter 24 is clogged in a quasi-steady state in which the fluctuations of the two parameters to be fixed are small. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図14は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 14 is a flowchart for explaining filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS61において、コントローラ3は、燃料電池システム100の要求発電量に基づいて、固定する2つのパラメータの目標値を算出する。本実施形態では、固定する2つのパラメータとしてカソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pを用いるので、カソードガス流量目標値Qd及びコンプレッサ出口圧力目標値Pdを算出する。   In step S61, the controller 3 calculates target values of two parameters to be fixed based on the required power generation amount of the fuel cell system 100. In the present embodiment, the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are used as two parameters to be fixed, so the cathode gas flow rate target value Qd and the compressor outlet pressure target value Pd are calculated.

ステップS62において、コントローラ3は、検出したカソードガス流量Qmeaがカソードガス流量目標値Qdの近傍に収まっているかを判定する。具体的には、検出したカソードガス流量Qmeaからカソードガス流量目標値Qdを引いた値の絶対値と、第1所定値δaと、を比較する。コントローラ3は、絶対値が第1所定値δa以下であればステップS63の処理を行い、絶対値が第1所定値δaよりも大きければステップS64の処理を行う。   In step S62, the controller 3 determines whether the detected cathode gas flow rate Qmea is within the vicinity of the cathode gas flow rate target value Qd. Specifically, the absolute value of the value obtained by subtracting the cathode gas flow rate target value Qd from the detected cathode gas flow rate Qmea is compared with the first predetermined value δa. The controller 3 performs the process of step S63 if the absolute value is equal to or less than the first predetermined value δa, and performs the process of step S64 if the absolute value is greater than the first predetermined value δa.

ステップS63において、コントローラ3は、絶対値が第1所定値δa以下になっている時間t1を算出する。具体的には、前回算出したt1に、演算周期Δt(10ms)を加算しすることで算出する。   In step S63, the controller 3 calculates a time t1 when the absolute value is equal to or less than the first predetermined value δa. Specifically, it is calculated by adding the calculation cycle Δt (10 ms) to the previously calculated t1.

ステップS64において、コントローラ3は、時間t1をゼロに戻す。   In step S64, the controller 3 returns the time t1 to zero.

ステップS65において、コントローラ3は、検出したコンプレッサ出口圧力Pmeaがコンプレッサ出口圧力目標値Pdの近傍に収まっているかを判定する。具体的には、検出したコンプレッサ出口圧力Pmeaからコンプレッサ出口圧力目標値Pdを引いた値の絶対値と、第2所定値δbと、を比較する。コントローラ3は、絶対値が第2所定値δb以下であればステップS66の処理を行い、絶対値が第2所定値δbよりも大きければステップS67の処理を行う。   In step S65, the controller 3 determines whether the detected compressor outlet pressure Pmea is within the vicinity of the compressor outlet pressure target value Pd. Specifically, an absolute value obtained by subtracting the compressor outlet pressure target value Pd from the detected compressor outlet pressure Pmea is compared with the second predetermined value δb. If the absolute value is equal to or smaller than the second predetermined value δb, the controller 3 performs the process of step S66, and if the absolute value is greater than the second predetermined value δb, performs the process of step S67.

なお、第1所定値δa及び第2所定値δbは、各パラメータに応じて定めれば良いものである。   Note that the first predetermined value δa and the second predetermined value δb may be determined according to each parameter.

ステップS66において、コントローラ3は、絶対値が第2所定値δb以下になっている時間t2を算出する。具体的には、前回算出したt2に、演算周期Δt(10ms)を加算しすることで算出する。   In step S66, the controller 3 calculates a time t2 when the absolute value is equal to or less than the second predetermined value δb. Specifically, it is calculated by adding the calculation cycle Δt (10 ms) to t2 calculated last time.

ステップS67において、コントローラ3は、時間t2をゼロに戻す。   In step S67, the controller 3 returns the time t2 to zero.

ステップS68において、コントローラ3は、固定する2つのパラメータが準定常状態であるかを判定する。具体的には、時間t1及び時間t2がそれぞれ所定時間tconstを越えたかどうかを判定する。コントローラ3は、時間t1及び時間t2がそれぞれ所定時間tconstを越えていれば準定常状態と判定してステップS2の処理を行い、そうでなければ今回の処理を終了する。   In step S68, the controller 3 determines whether the two parameters to be fixed are in a quasi-steady state. Specifically, it is determined whether the time t1 and the time t2 have exceeded a predetermined time tconst. If the time t1 and the time t2 respectively exceed the predetermined time tconst, the controller 3 determines that it is a quasi-steady state and performs the process of step S2, and otherwise ends the current process.

なお、本実施形態では所定時間tconstを2つのパラメータで同じにしたが、パラメータごとに別個に設定しても良い。また本実施形態では、固定する2つのパラメータとしてカソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pを用いて先にカソードガス流量Qについて判定し、次いでコンプレッサ出口圧力Pについて説明したが、もちろんその逆でも良い。またさらにはカソードガス流量Q及びコンプレッサ出口圧力Pに関して第1所定値δa及び第2所定値δbの範囲内にあるかを同時に判定し、また所定時間tconstを越えたかどうかを同時に判定しても良い。   In the present embodiment, the predetermined time tconst is the same for the two parameters, but may be set separately for each parameter. Further, in the present embodiment, the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are used as the two parameters to be fixed, and the cathode gas flow rate Q is first determined, and then the compressor outlet pressure P is described. Further, it may be simultaneously determined whether the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P are within the range of the first predetermined value δa and the second predetermined value δb, and whether or not the predetermined time tconst has been exceeded. .

以上説明した本実施形態によれば、固定する2つのパラメータが準定常状態にあるとき、すなわち各パラメータが静定した状態のときにフィルタ詰まりを判定する。そのため、パラメータの変動が大きい過渡時に判定が行われることがないので誤判定を防止でき、フィルタ詰まりの判定精度をより一層向上させることができる。   According to this embodiment described above, filter clogging is determined when two parameters to be fixed are in a quasi-steady state, that is, when each parameter is in a static state. Therefore, since the determination is not performed at the time of a transition with a large parameter fluctuation, it is possible to prevent erroneous determination, and it is possible to further improve the determination accuracy of filter clogging.

(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態は、燃料電池システム100が所定の運転シーンに入ったかどうかを判定する点で第6実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the sixth embodiment in that it is determined whether or not the fuel cell system 100 has entered a predetermined operation scene. Hereinafter, the difference will be mainly described.

固定する2つのパラメータが準定常状態になりやすい運転シーンとして、アイドルストップを含むシステム停止時やアイドルストップからの復帰を含むシステム起動時、燃料電池スタック1の暖機を行うシステム暖機時などがある。したがって、本実施形態では、このような固定する2つのパラメータが準定常状態になりやすい運転シーンにおいて、フィルタ24が詰まっているかどうかを判定する。以下、この本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明する。   The operating scenes in which the two fixed parameters are likely to be in a quasi-steady state include a system stop including an idle stop, a system start including a return from an idle stop, and a system warm-up for warming up the fuel cell stack 1. is there. Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not the filter 24 is clogged in an operation scene in which the two fixed parameters tend to be in a quasi-steady state. Hereinafter, filter clogging determination control according to this embodiment will be described.

図15は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 15 is a flowchart for explaining filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っており、ステップS61からステップS68では第6実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, processing similar to that of the first embodiment is performed, and in steps S61 to S68, processing similar to that of the sixth embodiment is performed. Therefore, description thereof is omitted here.

ステップS71において、コントローラ3は、固定する2つのパラメータが準定常状態になりやすい所定の運転シーンに入ったかどうかを判定する。具体的には、現在の運転シーンがシステム停止時、システム起動時、又はシステム暖機時のいずれかであるかどうかを判定する。コントローラ3は、現在の運転シーンが所定の運転シーンであれば、ステップS1の処理を行い、そうでなければ今回の処理を終了する。   In step S <b> 71, the controller 3 determines whether or not the two parameters to be fixed have entered a predetermined driving scene that tends to be in a quasi-steady state. Specifically, it is determined whether the current operation scene is any of when the system is stopped, when the system is activated, and when the system is warmed up. If the current driving scene is a predetermined driving scene, the controller 3 performs the process of step S1, otherwise ends the current process.

以上説明した本実施形態によれば、固定する2つのパラメータが準定常状態になりやすい所定の運転シーンに限ってフィルタ詰まりを判定する。そのため、無駄に判定回数を増やすことなく精度の高い判定を行うことができる。   According to the present embodiment described above, filter clogging is determined only in a predetermined operation scene in which two parameters to be fixed tend to be in a quasi-steady state. Therefore, highly accurate determination can be performed without increasing the number of determinations unnecessarily.

(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態について説明する。本実施形態は、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlimを大気圧Patm及び吸気温Tinに応じて補正する点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the compressor rotation speed Rlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is corrected according to the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin. Hereinafter, the difference will be mainly described.

フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ回転速度Rlimは、大気圧Patmや吸気温Tinに応じて変動する。そこで本実施形態では、大気圧Patm及び吸気温Tinを検出し、それらの検出値に応じてコンプレッサ回転速度Rlimを補正する。   The compressor rotation speed Rlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim varies depending on the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin. Therefore, in the present embodiment, the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin are detected, and the compressor rotation speed Rlim is corrected according to the detected values.

図16は、コンプレッサ回転速度Rlimと大気圧Patmとの関係を示した図である。   FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the compressor rotation speed Rlim and the atmospheric pressure Patm.

図16に示すように、コンプレッサ回転速度Rlimは、大気圧が高くなるほど低くなる傾向にある。   As shown in FIG. 16, the compressor rotation speed Rlim tends to decrease as the atmospheric pressure increases.

図17は、コンプレッサ回転速度Rlimと吸気温Tinとの関係を示した図である。   FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the compressor rotation speed Rlim and the intake air temperature Tin.

図17に示すように、コンプレッサ回転速度Rlimは、吸気温が高くなるほど高くなる傾向にある。   As shown in FIG. 17, the compressor rotation speed Rlim tends to increase as the intake air temperature increases.

図18は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 18 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS81において、コントローラ3は、大気圧Patm及び吸気温Tinを検出する。   In step S81, the controller 3 detects the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin.

ステップS82において、コントローラ3は、図16及び図17の関係に基づいて、大気圧Patm及び吸気温Tinの影響を総合的に考慮してコンプレッサ回転速度Rlimを補正する。   In step S82, the controller 3 corrects the compressor rotational speed Rlim by comprehensively considering the effects of the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin based on the relationship shown in FIGS.

以上説明した本実施形態によれば、大気圧Patm及び吸気温Tinに応じてコンプレッサ回転速度Rlimを補正するので、フィルタ詰まりの判定精度をより一層向上させることができる。   According to the present embodiment described above, the compressor rotation speed Rlim is corrected according to the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin, so that the filter clogging determination accuracy can be further improved.

(第9実施形態)
次に、本発明の第9実施形態について説明する。本実施形態は、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力Plimを大気圧Patmに応じて補正する点で第2実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the second embodiment in that the compressor outlet pressure Plim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is corrected according to the atmospheric pressure Patm. Hereinafter, the difference will be mainly described.

フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのコンプレッサ出口圧力Plimは、大気圧Patmに応じて変動する。そこで本実施形態では、検出した大気圧Patmに応じてコンプレッサ出口圧力Plimを補正する。   The compressor outlet pressure Plim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim varies according to the atmospheric pressure Patm. Therefore, in the present embodiment, the compressor outlet pressure Plim is corrected according to the detected atmospheric pressure Patm.

図19は、コンプレッサ出口圧力Plimと大気圧Patmとの関係を示した図である。   FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the compressor outlet pressure Plim and the atmospheric pressure Patm.

図19に示すように、コンプレッサ出口圧力Plimは、大気圧Patmが高くなるほど低くなる傾向にある。   As shown in FIG. 19, the compressor outlet pressure Plim tends to decrease as the atmospheric pressure Patm increases.

図20は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 20 is a flowchart for explaining filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS91において、コントローラ3は、大気圧Patmを検出する。   In step S91, the controller 3 detects the atmospheric pressure Patm.

ステップS92において、コントローラ3は、検出した大気圧Patmに基づいて、図19を参照してコンプレッサ出口圧力Plimを補正する。   In step S92, the controller 3 corrects the compressor outlet pressure Plim with reference to FIG. 19 based on the detected atmospheric pressure Patm.

以上説明した本実施形態によれば、検出した大気圧Patmに応じてコンプレッサ回転速度Rlimを補正するので、フィルタ詰まりの判定精度をより一層向上させることができる。   According to the present embodiment described above, the compressor rotation speed Rlim is corrected according to the detected atmospheric pressure Patm, so that the filter clogging determination accuracy can be further improved.

(第10実施形態)
次に、本発明の第10実施形態について説明する。本実施形態は、フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimを大気圧Patm及び吸気温Tinに応じて補正する点で第3実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(10th Embodiment)
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the third embodiment in that the cathode gas flow rate Qlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim is corrected according to the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin. Hereinafter, the difference will be mainly described.

フィルタ異物堆積量αがフィルタ詰まり量αlimのときのカソードガス流量Qlimは、大気圧Patmや吸気温Tinに応じて変動する。そこで本実施形態では、大気圧Patm及び吸気温Tinを検出し、それらの検出値に応じてカソードガス流量Qlimを補正する。   The cathode gas flow rate Qlim when the filter foreign matter accumulation amount α is the filter clogging amount αlim varies depending on the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin. Therefore, in the present embodiment, the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin are detected, and the cathode gas flow rate Qlim is corrected according to the detected values.

図21は、カソードガス流量Qlimと大気圧Patmとの関係を示した図である。   FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the cathode gas flow rate Qlim and the atmospheric pressure Patm.

図21に示すように、カソードガス流量Qlimは、大気圧Patmが高くなるほど低くなる傾向にある。   As shown in FIG. 21, the cathode gas flow rate Qlim tends to decrease as the atmospheric pressure Patm increases.

図22は、カソードガス流量Qlimと吸気温Tinとの関係を示した図である。   FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the cathode gas flow rate Qlim and the intake air temperature Tin.

図22に示すように、カソードガス流量Qlimは、吸気温Tinが高くなるほど高くなる傾向にある。   As shown in FIG. 22, the cathode gas flow rate Qlim tends to increase as the intake air temperature Tin increases.

図23は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 23 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to the present embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS101において、コントローラ3は、大気圧Patm及び吸気温Tinを検出する。   In step S101, the controller 3 detects the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin.

ステップS102において、コントローラ3は、図21及び図2の関係に基づいて、大気圧Patm及び吸気温Tinの影響を総合的に考慮してカソードガス流量Qlimを補正する。   In step S102, the controller 3 corrects the cathode gas flow rate Qlim by comprehensively considering the effects of the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin based on the relationship of FIG. 21 and FIG.

以上説明した本実施形態によれば、大気圧Patm及び吸気温Tinに応じてカソードガス流量Qlimを補正するので、フィルタ詰まりの判定精度をより一層向上させることができる。   According to the present embodiment described above, the cathode gas flow rate Qlim is corrected according to the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin, so that the filter clogging determination accuracy can be further improved.

(第11実施形態)
次に、本発明の第11実施形態について説明する。本実施形態は、コンプレッサ回転速度Rが複数回コンプレッサ回転速度Rlim以上となった場合にフィルタ24が詰まっていると判定する点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Eleventh embodiment)
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the filter 24 is determined to be clogged when the compressor rotation speed R becomes equal to or higher than the compressor rotation speed Rlim. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図24は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 24 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to this embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS111において、コントローラ3は、コンプレッサ回転速度Rがコンプレッサ回転速度Rlim以上となった回数(以下「フィルタ詰まり回数」という。)Nを算出する。具体的には、コンプレッサ回転速度Rがコンプレッサ回転速度Rlim以上となるごとに、Nに1を加算する。   In step S111, the controller 3 calculates the number of times (hereinafter referred to as “the number of times of filter clogging”) N that the compressor rotational speed R becomes equal to or higher than the compressor rotational speed Rlim. Specifically, 1 is added to N every time the compressor rotational speed R becomes equal to or higher than the compressor rotational speed Rlim.

ステップS112において、コントローラ3は、フィルタ詰まり回数Nが所定回数を超えたかどうかを判定する。コントローラ3は、フィルタ詰まり回数Nが所定回数を超えていればステップS113の処理を行い、そうでなければ今回の処理を終了する。   In step S112, the controller 3 determines whether the filter clogging number N has exceeded a predetermined number. The controller 3 performs the process of step S113 if the filter clogging number N exceeds the predetermined number, otherwise ends the current process.

ステップS113において、コントローラ3は、Nをゼロに戻す。   In step S113, the controller 3 returns N to zero.

以上説明した本実施形態によれば、フィルタ詰まりの判定を複数回実施することで、単数回の場合に生じうるセンサノイズ等による誤判定を防止できるので、フィルタ詰まりの判定精度をより一層向上させることができる。   According to the present embodiment described above, by performing filter clogging determination a plurality of times, erroneous determination due to sensor noise or the like that may occur in the case of a single time can be prevented, so that filter clogging determination accuracy is further improved. be able to.

(第12実施形態)
次に、本発明の第12実施形態について説明する。本実施形態は、フィルタ詰まりと判定したときに、ドライバに対して警告表示を行う点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Twelfth embodiment)
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a warning is displayed to the driver when it is determined that the filter is clogged. Hereinafter, the difference will be mainly described.

図25は、コントローラ3が実施する本実施形態によるフィルタ詰まり判定制御について説明するフローチャートである。コントローラ3は、本ルーチンを燃料電池システム100の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実施する。   FIG. 25 is a flowchart illustrating filter clogging determination control according to this embodiment performed by the controller 3. The controller 3 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 100.

ステップS1からステップS4では第1実施形態と同様の処理を行っているので、ここでは説明を省略する。   In steps S1 to S4, the same processing as that in the first embodiment is performed, and thus the description thereof is omitted here.

ステップS121において、コントローラ3は、警告灯を点灯させて、ドライバに対して警告表示を行う。   In step S121, the controller 3 turns on a warning lamp and displays a warning to the driver.

以上説明した本実施形態によれば、フィルタ詰まりと判定したときに、ドライバに知らせることができるので、ドライバに対してフィルタ24の交換を促すことができる。   According to the present embodiment described above, since it is possible to notify the driver when it is determined that the filter is clogged, it is possible to prompt the driver to replace the filter 24.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

例えば、コンプレッサ運転領域によってフィルタ詰まりを判定しやすいパラメータが3つのパラメータの中でそれぞれ変化する場合には、コンプレッサ26の運転領域に応じて固定する2つのパラメータを任意に選択し、フィルタ詰まりを判定しても良い。   For example, when the parameters that make it easy to determine filter clogging vary depending on the compressor operating region, each of the three parameters changes arbitrarily, depending on the operating region of the compressor 26, and the filter clogging is determined. You may do it.

また、コンプレッサ26の種類によってもフィルタ詰まりを判定しやすいパラメータが変化する場合があるので、その場合は、コンプレッサ26の種類に応じて固定する2つのパラメータを選択すれば良い。   In addition, there are cases where parameters that make it easy to determine filter clogging may vary depending on the type of compressor 26. In this case, two parameters to be fixed may be selected according to the type of compressor 26.

また、上記各実施形態において、コンプレッサ回転速度Rmeaとして回転速度計28で検出したものを使用していたが、これに替えてコンプレッサ26に対する指令回転速度を使用しても良い。これにより、回転速度計28の故障時においてもフィルタ詰まりを判定できる。   In each of the above embodiments, the compressor rotation speed Rmea detected by the rotation speed meter 28 is used. However, instead of this, a command rotation speed for the compressor 26 may be used. Thereby, clogging of the filter can be determined even when the rotation speed meter 28 is broken.

また第6実施形態では、準定常状態と判定するときの固定パラメータをカソードガス流量Qとコンプレッサ出口圧力Pとしたが、カソードガス流量Qとコンプレッサ回転速度Rでも良いし、コンプレッサ出口圧力Pとコンプレッサ回転速度Rであっても良い。   In the sixth embodiment, the fixed parameters for determining the quasi-steady state are the cathode gas flow rate Q and the compressor outlet pressure P. However, the cathode gas flow rate Q and the compressor rotational speed R may be used. The rotational speed R may be used.

また第8及び第10実施形態では、大気圧Patmと吸気温Tinの双方の影響を考慮してフィルタ詰まり判定閾値を補正していたが、いずれか一方にのみ基づいて補正しても良い。   In the eighth and tenth embodiments, the filter clogging determination threshold value is corrected in consideration of the influence of both the atmospheric pressure Patm and the intake air temperature Tin. However, the filter clogging determination threshold value may be corrected based on only one of them.

また、第11実施形態では、フィルタ詰まり回数が所定回数を超えたときにフィルタ詰まりと判定していたが、コンプレッサ回転速度Rとコンプレッサ回転速度Rlimとを比較した回数のうち、コンプレッサ回転速度Rがコンプレッサ回転速度Rlim以上となった回数が所定の割合を超えたときにフィルタ詰まりと判定しても良い。   In the eleventh embodiment, it is determined that the filter is clogged when the number of times of filter clogging exceeds a predetermined number of times. Of the number of comparisons between the compressor rotation speed R and the compressor rotation speed Rlim, the compressor rotation speed R is Filter clogging may be determined when the number of times the compressor rotational speed Rlim is exceeded exceeds a predetermined ratio.

また、第11実施形態において、複数回の比較は、1トリップ中の起動時、暖機時、アイドルストップ時やその復帰時などの特定シーンごとに比較しても良いし、異なるトリップ中の停止時ごとに比較しても良い。   In the eleventh embodiment, multiple comparisons may be made for each specific scene such as start-up, warm-up, idle stop or return during one trip, or stop during different trips. You may compare every hour.

1 燃料電池スタック(燃料電池)
24 フィルタ
26 コンプレッサ
28 回転速度計
100 燃料電池システム
S1 流量検出手段、圧力検出手段、回転速度検出手段
S2、S21、S31 閾値算出手段
S3、S22、S32、S42、S52 フィルタ詰まり判定手段
S41 異物堆積量推定手段
S51 圧力損失推定手段
S61 目標値算出手段
S68 準定常状態判定手段
S81、S91、S101 大気圧検出手段、吸気温検出手段
S82、S92、S102 補正手段
1 Fuel cell stack (fuel cell)
24 Filter 26 Compressor 28 Tachometer 100 Fuel cell system S1 Flow rate detection means, pressure detection means, rotation speed detection means S2, S21, S31 Threshold value calculation means S3, S22, S32, S42, S52 Filter clogging determination means S41 Foreign matter accumulation amount Estimating means S51 Pressure loss estimating means S61 Target value calculating means S68 Quasi-steady state determining means S81, S91, S101 Atmospheric pressure detecting means, intake air temperature detecting means S82, S92, S102 Correction means

本発明のある態様による燃料電池システムは、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、コンプレッサの上流に設けられ、燃料電池に供給するカソードガス中の異物を取り除くフィルタと、を備える。そして、コンプレッサから吐出されるカソードガスの流量を検出する流量検出手段と、コンプレッサから吐出されるカソードガスの圧力を検出する圧力検出手段と、コンプレッサの回転速度を検出する回転速度検出手段と、流量、圧力、及び、回転速度の3つのパラメータの検出値に基づいて、フィルタの異物堆積量を推定する異物堆積量推定手段と、異物堆積量と、予め定められたフィルタ詰まり判定閾値と、を比較してフィルタが詰まっているかどうかを判定するフィルタ詰まり判定手段と、を備えることを特徴とする。 A fuel cell system according to an aspect of the present invention includes a fuel cell that generates electricity by receiving supply of anode gas and cathode gas, a compressor that supplies cathode gas to the fuel cell, and a fuel cell system that is provided upstream of the compressor and that supplies the fuel cell. And a filter for removing foreign substances in the cathode gas. And a flow rate detecting means for detecting the flow rate of the cathode gas discharged from the compressor, a pressure detecting means for detecting the pressure of the cathode gas discharged from the compressor, a rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the compressor, and a flow rate. The foreign matter accumulation amount estimating means for estimating the foreign matter accumulation amount of the filter based on the detected values of the three parameters of pressure, pressure, and rotation speed, and the foreign matter accumulation amount are compared with a predetermined filter clogging determination threshold value. And filter clogging determining means for determining whether or not the filter is clogged.

この態様による燃料電池システムによれば、流量、圧力、及び、回転速度の3つのパラメータの検出値に基づいて、直接フィルタの異物堆積量を推定してフィルタ詰まりを判定するとともに、3つのパラメータのうちの1つに検知精度の高い回転速度を使用した。そのため、電力による比較によるものと比べて、フィルタ詰まりの判定精度を向上させることができる。 According to the fuel cell system according to this aspect, the filter clogging is determined by directly estimating the foreign matter accumulation amount of the filter based on the detected values of the three parameters of the flow rate, the pressure, and the rotational speed. One of them used a rotational speed with high detection accuracy. Therefore, the filter clogging determination accuracy can be improved as compared with the comparison based on electric power.

Claims (11)

アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
前記コンプレッサの上流に設けられ、前記燃料電池に供給するカソードガス中の異物を取り除くフィルタと、
を備える燃料電池システムであって、
前記コンプレッサから吐出されるカソードガスの流量を検出する流量検出手段と、
前記コンプレッサから吐出されるカソードガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記コンプレッサの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記流量、前記圧力、及び、前記回転速度のうちの2つのパラメータの検出値に基づいて、残りのパラメータに関するフィルタ詰まり判定閾値を算出する閾値算出手段と、
前記残りのパラメータの検出値と、前記フィルタ詰まり判定閾値と、を比較して前記フィルタが詰まっているかどうかを判定するフィルタ詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power by receiving supply of anode gas and cathode gas;
A compressor for supplying a cathode gas to the fuel cell;
A filter provided upstream of the compressor to remove foreign matter in the cathode gas supplied to the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
Flow rate detection means for detecting the flow rate of the cathode gas discharged from the compressor;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the cathode gas discharged from the compressor;
A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the compressor;
Threshold calculation means for calculating a filter clogging determination threshold for the remaining parameters based on detection values of two parameters of the flow rate, the pressure, and the rotation speed;
A filter clogging determination means for comparing the detected value of the remaining parameter with the filter clogging determination threshold value to determine whether the filter is clogged;
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池の要求発電量に基づいて、前記2つのパラメータが到達すべき目標値をそれぞれ算出する目標値算出手段と、
前記2つのパラメータの検出値が、前記目標値近傍の範囲内に所定時間収まっている準定常状態かを判定する準定常状態判定手段と、
を備え、
前記閾値算出手段は、準定常状態と判定されたときに前記残りのパラメータに関するフィルタ詰まり判定閾値を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
A target value calculation means for calculating a target value to be reached by the two parameters based on the required power generation amount of the fuel cell;
Quasi-stationary state determination means for determining whether the detected values of the two parameters are in a quasi-stationary state within a range near the target value for a predetermined time;
With
The threshold value calculation means calculates a filter clogging determination threshold value for the remaining parameters when it is determined as a quasi-steady state.
The fuel cell system according to claim 1.
前記準定常状態判定手段は、燃料電池システムの運転シーンが、燃料電池システムの起動時、停止時、及び、暖機時の少なくとも1つの運転シーンにあるときに、準定常状態かを判定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
The quasi-steady state determination means determines whether the operation scene of the fuel cell system is in a quasi-steady state when the operation scene of the fuel cell system is in at least one operation scene during startup, stop, and warm-up.
The fuel cell system according to claim 2.
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記コンプレッサによって吸入されるカソードガスの温度を検出する吸気温検出手段と、
前記フィルタ判定閾値を、前記大気圧及び前記温度の一方又は双方に基づいて補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。
Atmospheric pressure detection means for detecting atmospheric pressure;
Intake air temperature detecting means for detecting the temperature of the cathode gas sucked by the compressor;
Correction means for correcting the filter determination threshold based on one or both of the atmospheric pressure and the temperature;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記フィルタ詰まり判定手段は、前記残りのパラメータの検出値と、前記フィルタ詰まり判定閾値と、の比較を複数回行って前記フィルタが詰まっているかどうかを判定する、
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。
The filter clogging determining means determines whether or not the filter is clogged by comparing the detected value of the remaining parameter with the filter clogging determination threshold value a plurality of times.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell system is provided.
前記回転速度検出手段は、回転速度計によって前記コンプレッサの回転速度を検出する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。
The rotational speed detecting means detects the rotational speed of the compressor by means of a rotational speed meter;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記回転速度検出手段は、前記コンプレッサに対する指令回転速度を、そのコンプレッサの回転速度として検出する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。
The rotational speed detection means detects a command rotational speed for the compressor as a rotational speed of the compressor.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記フィルタが詰まっていると判定されたときに、フィルタが詰まっていることを警告する警告手段を備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。
When it is determined that the filter is clogged, warning means for warning that the filter is clogged is provided.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein
前記コンプレッサは、遠心式のコンプレッサである、
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1つに記載の燃料電池システム。
The compressor is a centrifugal compressor.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein
アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
前記コンプレッサの上流に設けられ、前記燃料電池に供給するカソードガス中の異物を取り除くフィルタと、
を備える燃料電池システムであって、
前記コンプレッサから吐出されるカソードガスの流量を検出する流量検出手段と、
前記コンプレッサから吐出されるカソードガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記コンプレッサの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記流量、前記圧力、及び、前記回転速度の3つのパラメータの検出値に基づいて、前記フィルタの異物堆積量を推定する異物堆積量推定手段と、
前記異物堆積量と、予め定められたフィルタ詰まり判定閾値と、を比較して前記フィルタが詰まっているかどうかを判定するフィルタ詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power by receiving supply of anode gas and cathode gas;
A compressor for supplying a cathode gas to the fuel cell;
A filter provided upstream of the compressor to remove foreign matter in the cathode gas supplied to the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
Flow rate detection means for detecting the flow rate of the cathode gas discharged from the compressor;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the cathode gas discharged from the compressor;
A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the compressor;
Foreign matter accumulation amount estimation means for estimating the foreign matter accumulation amount of the filter based on the detected values of the three parameters of the flow rate, the pressure, and the rotation speed;
A filter clogging determination means for comparing the foreign matter accumulation amount with a predetermined filter clogging determination threshold value to determine whether or not the filter is clogged;
A fuel cell system comprising:
アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するコンプレッサと、
前記コンプレッサの上流に設けられ、前記燃料電池に供給するカソードガス中の異物を取り除くフィルタと、
を備える燃料電池システムであって、
前記コンプレッサから吐出されるカソードガスの流量を検出する流量検出手段と、
前記コンプレッサから吐出されるカソードガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記コンプレッサの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記流量、前記圧力、及び、前記回転速度の3つのパラメータの検出値に基づいて、前記フィルタの異物堆積量を推定する異物堆積量推定手段と、
前記異物堆積量に基づいて、前記フィルタの前後の圧力損失を推定する圧力損失推定手段と、
前記圧力損失と、予め定められたフィルタ詰まり判定閾値と、を比較して前記フィルタが詰まっているかどうかを判定するフィルタ詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power by receiving supply of anode gas and cathode gas;
A compressor for supplying a cathode gas to the fuel cell;
A filter provided upstream of the compressor to remove foreign matter in the cathode gas supplied to the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
Flow rate detection means for detecting the flow rate of the cathode gas discharged from the compressor;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the cathode gas discharged from the compressor;
A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the compressor;
Foreign matter accumulation amount estimation means for estimating the foreign matter accumulation amount of the filter based on the detected values of the three parameters of the flow rate, the pressure, and the rotation speed;
Pressure loss estimation means for estimating pressure loss before and after the filter based on the amount of accumulated foreign matter,
A filter clogging determination means for comparing the pressure loss with a predetermined filter clogging determination threshold value to determine whether the filter is clogged;
A fuel cell system comprising:
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