JP2016213113A - Air-intake system of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の内部に外部空気を吸気する吸気システムに関する。 The present invention relates to an intake system that sucks external air into a fuel cell.
燃料電池は、高圧タンク内に格納する水素に酸素を反応させることにより発電する。この燃料電池は、吸気ファンにより外部空気を吸気することで水素に反応させる酸素を調達している。また、この燃料電池は、水素と酸素との反応熱を冷却するために、外部空気を冷却用に吸気する空冷式などが提案されている(特許文献1を参照)。 The fuel cell generates power by reacting oxygen with hydrogen stored in a high-pressure tank. This fuel cell procures oxygen to react with hydrogen by sucking external air with an intake fan. In addition, in order to cool the reaction heat between hydrogen and oxygen, an air-cooled type in which external air is taken in for cooling is proposed for this fuel cell (see Patent Document 1).
このような空冷式燃料電池は、外部空気と一緒に不純物を吸気しないようにフィルタが設けられている。この燃料電池は、不純物の捕捉によるフィルタの詰まりの程度に応じて、吸気ファンによる外部空気の吸気量が少なくなって性能が低下してしまう。 Such an air-cooled fuel cell is provided with a filter so as not to inhale impurities together with external air. In this fuel cell, depending on the degree of clogging of the filter due to trapping of impurities, the intake amount of external air by the intake fan decreases, and the performance deteriorates.
特許文献1に記載の装置では、フィルタの移動量が所定量に達したことを検知したときに、燃料電池の性能低下の要因となるフィルタの詰まりが発生したと判断して、適正な保守作業を行い得るように工夫されている。 In the apparatus described in Patent Document 1, when it is detected that the amount of movement of the filter has reached a predetermined amount, it is determined that the filter has become clogged, which causes a decrease in the performance of the fuel cell, and appropriate maintenance work is performed. It is devised to be able to do.
しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池の吸気システムにあっては、燃料電池の運転状況や外部環境に応じて冷却ファンの駆動条件が調整されることから、冷却ファンの駆動状態に伴い吸気圧力が変動してフィルタの移動量も変動することがある。このことから、保守作業が必要なほどにフィルタは詰まっていないにも拘わらずに、一時的にフィルタの移動量が所定量に達したことを検知する場合がある。 However, in the fuel cell intake system described in Patent Document 1, since the driving condition of the cooling fan is adjusted according to the operating state of the fuel cell and the external environment, the intake pressure is increased according to the driving state of the cooling fan. May fluctuate and the amount of movement of the filter may also vary. For this reason, it may be detected that the amount of movement of the filter temporarily reaches a predetermined amount even though the filter is not clogged to the extent that maintenance work is necessary.
このような場合には、フィルタの保守作業を無駄に行うことになる。また、無駄な保守作業を回避するために詰まり発生を検知するフィルタの移動量を大きく設定すると、フィルタの詰まりによる性能低下を適正なタイミングに解消することができない。 In such a case, the filter maintenance work is wasted. Further, if the amount of movement of the filter that detects the occurrence of clogging is set to be large in order to avoid useless maintenance work, performance degradation due to clogging of the filter cannot be eliminated at an appropriate timing.
そこで、本発明は、安定してフィルタの詰まりを適正に判定することができる燃料電池の吸気システムを提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell intake system that can stably determine the clogging of a filter properly.
上記課題を解決する燃料電池の吸気システムの発明の一態様は、燃料電池の筐体に設けられた空気導入口から外部空気を当該燃料電池の内部の流路内に吸気する燃料電池の吸気システムであって、前記外部空気を前記流路内へ吸気する吸気ファンと、前記吸気ファンへの通電電力を調整して当該吸気ファンの駆動を制御する駆動制御部と、前記流路の前記空気導入口側に設けられたフィルタと、前記フィルタに加わる吸気圧力を検出する圧力検出部と、前記フィルタに加わる吸気圧力に基づいて当該フィルタの詰まり状況を判定する判定部とを有し、前記判定部は、前記吸気ファンへの通電電力が所定の判定電力値以上の場合に、前記フィルタの詰まり状況の判定処理を開始するものである。 One aspect of the invention of an intake system for a fuel cell that solves the above problems is an intake system for a fuel cell that draws external air into an internal flow path of the fuel cell from an air inlet provided in a casing of the fuel cell. An intake fan that sucks the external air into the flow path, a drive control unit that controls driving of the intake fan by adjusting energization power to the intake fan, and the air introduction of the flow path A filter provided on the mouth side, a pressure detection unit that detects an intake pressure applied to the filter, and a determination unit that determines a clogging state of the filter based on the intake pressure applied to the filter, the determination unit Starts the determination process of the clogged state of the filter when the energization power to the intake fan is equal to or higher than a predetermined determination power value.
このように本発明の一態様によれば、安定してフィルタの詰まりを適正に判定することのできる燃料電池の吸気システムを提供することができる。 As described above, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide an intake system for a fuel cell that can stably determine whether a filter is clogged properly.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1〜図4は本発明の一実施形態に係る燃料電池の吸気システムを示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 4 are views showing an intake system for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
図1において、燃料電池10は、例えば、走行する四輪自動車あるいは自動二輪車などの車両Mに搭載されている。燃料電池10は、車両Mに搭載されている不図示の高圧タンクから燃料ガスとして水素の供給を受けて、取り込む外部空気の酸素と反応させることにより発電するようになっている。燃料電池10では、水素と酸素の反応によって、発電エネルギーとともに反応熱も発生する。
In FIG. 1, the
このため、燃料電池10は、水素と酸素による反応熱を抑えるために、外部空気を冷却空気として内部に吸気する吸気システム100と一緒に車両Mに搭載されている。この吸気システム100は、走行風などを利用して燃料電池10を冷却する空冷式の冷却システムとして機能する。また、吸気システム100は、燃料電池10において水素と反応させる酸素を含む外部空気を取り込む反応空気の吸入システムとしても機能する。本実施形態の吸気システム100では、以降、外部空気を冷却に利用する場合の吸気処理を説明する。
For this reason, the
また、燃料電池10は、概略直方体に形成されている筐体11の一面側に外部空気の取込口13が配置され、その筐体11の取込口13に対面する位置に、取り込んだ外部空気を排気する排気口15が配置されている。
Further, the
このように、燃料電池10は、筐体11の互いに対面する位置に取込口13と排気口15とを配置することにより、筐体11の内部空間を有効利用して外部空気を流動させる流路を簡易な構造にして構築されている。このため、燃料電池10は、筐体11の一面側の取込口13から取り込んだ外部空気を対面側の排気口15に向けて流動させて排気するようになっている。
As described above, the
吸気システム100は、フィルタユニット21と、ファンユニット31と、コントローラ101と、を備えて構築されている。フィルタユニット21は、燃料電池10の取込口13に設置されている。ファンユニット31は、燃料電池10の排気口15に設置されている。コントローラ101は、メモリ102内の制御プログラムを用いてパラメータや検出データ等の各種情報に基づく制御処理を実行することにより燃料電池10の駆動を統括制御するようになっている。なお、コントローラ101は、燃料電池10を搭載する車両Mの駆動を統括制御するユニットを兼用して集中制御するようにしてもよく、また、燃料電池10の駆動制御とは別に冷却制御処理を分散制御するユニットとして構築しても良い。
The
フィルタユニット21は、フィルタ23を交換可能にケース25内に収容して構築されている。フィルタユニット21は、燃料電池10の外面側に設置することから薄型に構成されている。なお、フィルタユニット21は、車両Mの設置場所に搭載可能な外形に形成されている。
The
フィルタ23は、吸気する外部空気が一面側平面23aから他面側平面23bに抜けるまでに、その外部空気に含まれる塵埃やガスなどの不純物を除去対象として捕捉することにより、通過する外部空気を清浄化する機能を備えている。フィルタ23は、燃料電池10の外面の一面側の全面と同等の面積を有する平板形状に作製されて薄型化されている。すなわち、フィルタ23は、平板形状における大面積の両平面23a、23b間の厚さ分の流路を通過する間に除去対象を捕捉する機能を備えて、流通する経路長を短くすることにより通過する外部空気の流通抵抗を小さくするようになっている。
The
ケース25は、燃料電池10の外面の一面側の全面と同等の面積を有する外板26と内板27が対面して、内部空間にフィルタ23を収容する薄型に作製されている。ケース25は、吸気する外部空気がフィルタ23の平面23a、23b間を効果的に通過するように、そのフィルタ23の両平面23a、23bに対面する外板26と内板27のそれぞれの略全面に吸気口26aと連通口27aが開口している。ケース25は、燃料電池10の取込口13に連通口27aを一致させて筐体11に一体になるように固定されている。すなわち、ケース25は、燃料電池10の筐体11の一部として機能し、吸気口26aが燃料電池10の取込口13を延長して外部空気を吸気する空気導入口として機能する。このことから、ケース25は、燃料電池10内の流通経路を延長して、外部空気を流通させる流路の一部を構成する。
The
また、ケース25は、フィルタ23を外板26側に密接させて吸気口26aから外部空気を吸気可能に露出させている。ケース25は、フィルタ23を内板27から離隔させて連通口27a(取込口13)との間に平面方向に拡がる連通空間29を形成するようになっている。
Further, the
これにより、ケース25は、燃料電池10内の流路を介して取込口13(連通口27a)から外部空気が後述するファンユニット31により吸気される際に、連通空間29内が負圧にされる。このため、ケース25は、フィルタ23の下流側平面23bの全面に吸気圧力が加えられつつ、上流側平面23aの全面を有効利用させて、外部空気を吸気口26aから吸気させることができる。
As a result, the
ファンユニット31は、複数台の冷却ファン(吸気ファン)33が燃料電池10のフィルタユニット21の反対側に設置されて構築されている。ファンユニット31は、車両Mへの設置場所に制限が掛からないように薄型の冷却ファン33が選択されて燃料電池10の外面側に並列されている。
The
冷却ファン33は、燃料電池10の排気口15内に吸気口35が位置するように並列されて複数台が設置されている。冷却ファン33は、吸気口35に対面する位置に排出口36が配置されている。
A plurality of cooling fans 33 are arranged in parallel so that the
このように、吸気システム100は、燃料電池10の対面位置に配置されている取込口13と排気口15のそれぞれに、ケース25の吸気口26aと連通口27aの対面方向や、冷却ファン33の吸排気方向を一致させて、フィルタユニット21とファンユニット31とが設置されている。
As described above, the
これにより、吸気システム100は、ケース25の吸気口26aから冷却ファン33の吸引力により吸気される外部空気内に含まれる塵埃等がフィルタ23で捕捉されて清浄化される。この清浄後の外部空気は、吸気方向が維持されたまま、燃料電池10の取込口13に導入され、燃料電池10内における反応熱を冷却した後に排気口15を介して冷却ファン33の排気口36から排気される。
As a result, in the
したがって、吸気システム100では、フィルタユニット21とファンユニット31が小さな流動抵抗で外部空気を吸排気して、燃料電池10内における冷却処理を実行させることができる。
Therefore, in the
また、フィルタユニット21は、外気温度センサ41と、圧力センサ(圧力検出部)43と、セル温度センサ45と、を備えている。外気温度センサ41は、ケース25の吸気口26aの開口縁付近に設置されて、コントローラ101に接続されている。圧力センサ43は、ケース25内の連通空間29内に設置されて、コントローラ101に接続されている。セル温度センサ45は、燃料電池10内の積層されている不図示のセルの一部に設置されて、コントローラ101に接続されている。
The
コントローラ101は、メモリ102内の制御プログラムに従って、車両M側から要求される電力に応じて燃料電池10の稼動を制御することにより発電処理を実行するようになっている。コントローラ101は、この発電処理において、発電電力に応じて発生する反応熱による温度上昇を抑えるように機能する。このとき、コントローラ101は、温度上昇の抑制によって発電効率が低下してしまうことを回避するために、ファンユニット31の冷却ファン33に通電する電力を調整する制御処理を実行するようになっている。
The
また、このとき、コントローラ101は、外気温度センサ41が検出するケース25の吸気口26aの開口縁付近の温度情報(センサ信号)を受け取り、セル温度センサ45が検出する燃料電池10のセルの温度情報(センサ信号)を受け取って、外部空気の温度と燃料電池10のセルの温度とに応じて冷却ファン33に通電する電力を調整する。このようにして、吸気システム100は、吸気口26aから吸気して燃料電池10内における反応熱を冷却する外部空気の吸気量を調整するようになっている。
At this time, the
ここで、コントローラ101は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)によるデューティ比(単位時間当たりの通電時間の占める割合%)によって冷却ファン33への通電電力を調整して駆動を制御することにより、冷却ファン33による外部空気の吸気量を調整するようになっている。すなわち、コントローラ101が駆動制御部を構成する。なお、冷却ファン33の駆動を制御する電力調整は、PWMに限るものではない。冷却ファン33が備えるモータの特性に応じて電力を調整すれば良く、例えば、通電する電圧・電流特性を調整する場合も含まれる。
Here, the
また、コントローラ101は、メモリ102内の判定プログラムを用いてパラメータや検出データ等の各種情報に基づく判定処理を実行することにより、フィルタ23の交換の要否を判定して報知するようになっている。すなわち、コントローラ101が判定部も構成する。
In addition, the
具体的に、コントローラ101は、圧力センサ43が検出するケース25内の連通空間29の吸気圧力(気圧)を受け取って、冷却ファン33への通電電力を調整するPWMのデューティ比に対応する圧力閾値(圧力判定値)を超えているか否かによってフィルタ23の交換の要否を判定するようになっている。
Specifically, the
ここで、フィルタ23は、外部空気が通過する際に塵埃などを捕捉する量に従って流通抵抗が上昇する。フィルタ23は、例えば、図2のグラフに示すように、その捕捉量が嵩むに従って、冷却ファン33への通電電力のデューティ比(%)に応じて発生するケース25の連通空間29の負圧(Pa)が、使用開始当初(Beginning Of Life)のBOLカーブから所期の機能を果たすことができない寿命(End Of Life)のEOLカーブに近づいていく。フィルタ23は、冷却ファン33への通電電力のデューティ比(%)が同等でも、ケース25の連通空間29の負圧(吸気圧力)がEOLカーブを超えるほどに流通抵抗が上昇している場合には交換する必要がある。なお、パルス幅変調におけるデューティ比(%)は、単位時間当たりの通電時間の占める割合(%)であることから、図2中の文言も含めて以下の説明では、冷却ファン33への通電電力のデューティ比を、PWM値と称して説明する場合もある。
Here, the flow resistance of the
このため、コントローラ101は、冷却ファン33のPWM値とケース25の連通空間29内の吸気圧力との相関関係によりフィルタ23の流通抵抗を示す図2のグラフが、フィルタ23の交換の要否の判定処理に利用するマップとして、予めメモリ102内に設定されている。
For this reason, the
例えば、コントローラ101は、フィルタ23の交換の要否の判定処理において、ケース25の連通空間29内の吸気圧力が図2におけるEOLカーブを超えている場合には、流通抵抗が設定閾値よりも高い、と判断する。また、コントローラ101は、同様に、図2におけるBOLカーブよりも下側の場合には、流通抵抗が設定閾値よりも低過ぎる、と判断する。
For example, in the determination process of whether or not the
すなわち、コントローラ101は、フィルタ23の特性が図2におけるEOLカーブとBOLカーブの間にない場合には、フィルタ23が適度な流通抵抗で塵埃等を信頼性高く捕捉することができないことから交換が必要と判定するようになっている。このとき、コントローラ101は、フィルタ23の交換が必要と判定する場合には、例えば、車両Mに設けられている報知ランプ105を点灯したり、スピーカから音声メッセージを出力したりするなどして、フィルタ23の交換が必要である旨をドライバなどに報知するようになっている。なお、このBOLカーブよりも下側にある場合の判定処理は、一度正常な流通抵抗であることが確認されたフィルタ23が、その後に極度に流通抵抗が低下するという可能性は低いことから、少なくともフィルタ23の交換直後に1度行われるようになっている。
That is, when the characteristics of the
そして、コントローラ101は、冷却ファン33への通電電力のデューティ比(PWM値)が予め設定されている判定開始デューティ比(判定電力値)X%以上となる場合に、フィルタ23の交換の要否の判定処理を実行するようになっている。これにより、コントローラ101は、大きな通電電力で冷却ファン33が駆動してケース25の連通空間29内の吸気圧力が安定する領域において、フィルタ23の交換の要否の判定を開始することができる。このため、コントローラ101は、例えば、フィルタ23が使用限界を過ぎているのにも拘わらずに交換不要と判定したり、あるいは、使用限界前であるのに交換が必要と判定したりしてしまうことを信頼性高く回避することができる。
Then, the
また、コントローラ101は、冷却ファン33への通電電力のデューティ比が予め設定されている判定開始デューティ比X%以上となることに加えて、次に説明する状態1、状態2を満たすことを条件に、フィルタ23の交換の要否の判定処理を実行するようになっている。これにより、コントローラ101は、ケース25の連通空間29内の吸気圧力がより安定している状態でフィルタ23の交換の要否の判定をすることができ、その判定処理の信頼性を向上させることができる。
Further, the
その状態1として、コントローラ101は、冷却ファン33への通電電力のデューティ比が、次の3つの判定継続条件1−1〜1−3を満たすときに判定処理を継続するようになっている。これにより、コントローラ101は、フィルタ23の交換の要否を判定する際の冷却ファン33への通電電力のデューティ比を所望の範囲内に制限することができ、その判定処理の信頼性をより向上させることができる。
条件1−1:判定開始デューティ比X%よりも大きい安定判断下限デューティ比(第1の電力値)以上であること。
条件1−2:安定判断下限デューティ比よりも大きい安定判断上限デューティ比(第2の電力値)以下であること。
条件1−3:条件1−1および条件1−2を満たす状態が開始継続時間T1以上継続すること。
As the state 1, the
Condition 1-1: The stability determination lower limit duty ratio (first power value) is larger than the determination start duty ratio X%.
Condition 1-2: The stability determination upper limit duty ratio (second power value) is less than or equal to the stability determination lower limit duty ratio.
Condition 1-3: The state satisfying the condition 1-1 and the condition 1-2 is continued for the start duration T1 or more.
ここで、本実施形態において、状態1は、例えば、燃料電池10が定常運転する際に、正常な冷却ファン33への通電電力のデューティ比の変動幅がY%の範囲内で変動する(上限値−下限値<Y%)ものとしている。このとき、変動幅Y%の下限値を安定判断下限デューティ比とし、また、変動幅Y%の上限値を安定判断上限デューティ比として設定する。なお、例えば、正常な冷却ファン33への通電電力のデューティ比が、その平均値を中心にして変動幅Y%の範囲内で変動する場合には、その平均的なデューティ比−Y/2%を安定判断下限デューティ比とし、また、平均的なデューティ比+Y/2%を安定判断上限デューティ比として設定してもよい。
Here, in the present embodiment, the state 1 is, for example, when the
このコントローラ101は、フィルタ23の交換の要否の判定処理において利用するケース25内の連通空間29の吸気圧力として、圧力センサ43の検出圧力の平均値を算出してフィルタ23の交換の要否を判定するようになっている。詳しくは、コントローラ101は、状態1を満たして開始継続時間T1を経過した時点からの圧力センサ43の検出圧力の平均値を算出し、開始継続時間T1を経過した時点での冷却ファン33への通電電力のデューティ比に対応するEOLカーブ上の圧力閾値よりも、算出した平均値が大きい場合にフィルタ23の交換が必要と判定するようになっている。このように、コントローラ101は、フィルタ23の交換の要否を判定する際に圧力センサ43の検出圧力が変動したとしても、その平均値により、フィルタ23が交換の必要なほど塵埃等の捕捉量が多くなる詰まり状況にあるか否かを判定するため、その判定処理の信頼性をより向上させることができる。
The
また、状態2として、コントローラ101は、冷却ファン33への通電電力のデューティ比が、次の3つの算出継続条件2−1〜2−3を満たすときに判定処理を継続して平均値を算出するようになっている。これにより、コントローラ101は、フィルタ23の交換の要否を判定する圧力センサ43の検出圧力(流通抵抗)をより精度良く算出することができ、その判定処理の信頼性をより向上させることができる。
条件2−1:安定判断下限デューティ比よりも大きい高精度判断下限デューティ比(第3の電力値)以上であること。
条件2−2:高精度判断下限デューティ比よりも大きく安定判断上限デューティ比よりも小さい高精度判断上限デューティ比(第4の電力値)以下であること。
条件2−3:条件2−1および条件2−2を満たす状態が、算出継続時間T2以上継続すること。
In state 2, the
Condition 2-1: The accuracy determination lower limit duty ratio (third power value) is larger than the stability determination lower limit duty ratio.
Condition 2-2: It is equal to or less than the high accuracy judgment upper limit duty ratio (fourth power value) that is larger than the high accuracy judgment lower limit duty ratio and smaller than the stability judgment upper limit duty ratio.
Condition 2-3: A state satisfying the conditions 2-1 and 2-2 is continued for the calculation duration T2 or more.
ここで、本実施形態において、状態2は、例えば、冷却ファン33が状態1よりも安定したとき、通電電力のデューティ比の変動幅がZ%の範囲内で変動する(上限値−下限値<Z%)ものとしている。このとき、変動幅Z%の下限値を高精度判断下限デューティ比とし、また、変動幅Z%の上限値を高精度判断上限デューティ比として設定している。なお、例えば、安定した冷却ファン33への通電電力のデューティ比がその平均値を中心にして変動幅Z%の範囲内で変動する場合には、その平均的なデューティ比−Z/2%を高精度判断下限デューティ比とし、また、平均的なデューティ比+Z/2%を高精度判断上限デューティ比として設定してもよい。 Here, in the present embodiment, in the state 2, for example, when the cooling fan 33 is more stable than in the state 1, the fluctuation range of the duty ratio of the energized power varies within a range of Z% (upper limit value−lower limit value < Z%). At this time, the lower limit value of the fluctuation range Z% is set as the high accuracy judgment lower limit duty ratio, and the upper limit value of the fluctuation range Z% is set as the high accuracy judgment upper limit duty ratio. For example, when the duty ratio of the power supplied to the stable cooling fan 33 fluctuates within the fluctuation range Z% around the average value, the average duty ratio −Z / 2% is set. The high precision judgment lower limit duty ratio may be set, and the average duty ratio + Z / 2% may be set as the high precision judgment upper limit duty ratio.
そして、コントローラ101は、算出した圧力センサ43の検出圧力の平均値が算出継続時間T2の計時開始時点(開始継続時間T1の経過時点)での冷却ファン33への通電電力のデューティ比に対応するEOLカーブ上の圧力閾値よりも大きいと判定する回数をカウントして、フィルタ23の交換の要否を判定するようになっている。コントローラ101は、圧力センサ43の検出圧力の平均値が、EOLカーブ上の圧力閾値を予め設定されている交換判定回数以上超えた場合に、フィルタ23の交換が必要と判定して、車両Mが備える報知ランプ105を点灯したり、音声メッセージを出力したりして、その旨をドライバに報知するようになっている。
In the
詳細には、コントローラ101は、燃料電池10の稼動開始(車両MのイグニッションON)と共に、冷却ファン33を駆動して外部空気の吸気を開始するようになっている。また、コントローラ101は、判定プログラムを実行して、図3に遷移図として示す判定処理を開始するようになっている。このとき、コントローラ101は、図4に示すように、冷却ファン33のPWM値に応じて変化するケース25の連通空間29内の圧力情報を圧力センサ43から受け取って、図3に示すサンプリングフェーズと判定フェーズとを繰り返すようになっている。
In detail, the
判定処理を開始すると、カウンタをリセットした後に、まずは、サンプリングフェーズにおいて、コントローラ101は、データ収集を開始する(ステップS11)。このコントローラ101は、図4に示すように、冷却ファン33のPWM値が判定開始デューティ比X%以上となって、安定判断デューティ比Y%の範囲内で変動する安定した状態1が開始継続時間T1を越えて継続することを確認したときに、ケース25の連通空間29内の圧力情報を収集(積算)する(ステップS12)。
When the determination process is started, first, after resetting the counter, in the sampling phase, the
ステップS12において、コントローラ101は、ケース25の連通空間29内の圧力情報を収集しつつ、図4に示すように、冷却ファン33のPWM値が高精度判断デューティ比Z%未満の範囲内で変動するような、より安定した状態2が算出継続時間T2を越えて継続することを確認したときに、ケース25の連通空間29内の圧力情報の収集結果を積算回数で除算することにより平均圧力値を算出(平均化処理)し、サンプリングフェーズを終了する(ステップS13)。
In step S12, the
また、ステップS12において、コントローラ101は、冷却ファン33のPWM値が、算出継続時間T2を越える前に、判定開始デューティ比X%未満、あるいは、高精度判断デューティ比Z%を超える変動幅となって、状態2を満たすことができなくなった場合には、ステップS11に戻って同様の処理を繰り返す。
In step S12, the
次いで、判定フェーズにおいて、コントローラ101は、ケース25の連通空間29内の平均圧力値が、メモリ102内のEOLカーブに基づく設定閾値を超えているか否か比較する(ステップS21)。この設定閾値は、開始継続時間T1が経過した時点における冷却ファン33のPWM初期値に対応するEOLカーブ上の圧力値である。
Next, in the determination phase, the
ステップS21において、コントローラ101は、ケース25の連通空間29内の平均圧力値がEOLカーブにおける設定閾値以下である場合には、サンプリングフェーズのステップS11に戻って同様の処理を繰り返す。
In step S21, when the average pressure value in the
また、ステップS21において、コントローラ101は、ケース25の連通空間29内の平均圧力値がEOLカーブにおける設定閾値を越えていることを確認した場合には、カウンタをインクリメント(+1)するカウント処理を行って、カウンタが交換判定回数に達したか否か確認する(ステップS22)。
In step S21, when the
ステップS22において、コントローラ101は、カウンタが交換判定回数に達していないことを確認した場合には、そのカウント終了後にはサンプリングフェーズのステップS11に戻って同様の処理を繰り返す。
In step S22, if the
また、ステップS22において、コントローラ101は、カウンタが交換判定回数に達したことを確認した場合には、フィルタ交換を要求するフラグを立てる設定処理を行って、報知ランプ105を点灯したり、音声メッセージを出力したりして、ドライバにフィルタ23の交換を促す(ステップS23)。
In step S22, when the
したがって、吸気システム100は、冷却ファン33が安定して駆動する状態のときに、ケース25の連通空間29における吸気圧力が、EOLカーブを超えるほどフィルタ23に詰まりが生じているか否かを判定することができ、フィルタ23の交換が必要なことを報知ランプ105の点灯や音声メッセージの出力によりドライバに適切に報知することができる。
Therefore, the
このように、本実施形態の吸気システム100においては、冷却ファン33のPWM値が判定開始デューティ比X%以上で、状態1、状態2を満たすことを条件に、冷却ファン33の吸気によるケース25の連通空間29における吸気圧力の平均値がEOLカーブを超える回数をカウントして、交換が必要なほどカウントが嵩むときに、交換要求を報知ランプ105や音声メッセージでドライバに報知することができる。
As described above, in the
したがって、不安定な状況でフィルタ23の交換の要否を判定して、無駄な保守作業が発生してしまうことを回避することができ、安定している適切なタイミングにフィルタ23の詰まりを適正に判定して交換を促すことができる燃料電池10の吸気システム100を提供することができる。
Therefore, it is possible to determine whether or not the
本実施形態の第1の他の態様としては、例えば、外気温度センサ41が検出するケース25の吸気口26aの開口縁付近の外部空気の温度に応じて交換判定回数(閾値)を変更するようにしても良い。例えば、外部空気の温度が高いほど冷却ファン33への通電電力(PWM値)が大きくなることから、フィルタ23に詰まりが発生したと判定する交換判定回数も多くして、判定精度をより高くするようにしても良い。
As a first other aspect of the present embodiment, for example, the number of replacement determinations (threshold value) is changed according to the temperature of the external air near the opening edge of the air inlet 26a of the
また、第2の他の態様としては、燃料電池10の発電中あるいは発電停止中に限らず、冷却ファン33を所定の判定時間だけ所定の通電電力(PWM値)で駆動させるフィルタ交換判定モードを実行可能に設定しても良い。例えば、燃料電池10が必要な電力量の発電を実行するために、一定時間だけ所定のPWM値で冷却ファン33が駆動する条件を設定しておき、該当条件の発電中にフィルタ交換判定モードを実行して、一定条件でフィルタ23の交換の要否を高い確度で判定するようにしてもよい。なお、このフィルタ交換判定モードは、発電中に限らず、燃料電池10が発電停止中に実行するようにしても良い。ここで、フィルタ交換判定モードを実行するタイミングとしては、例えば、車両Mへの電力出力が小さくバッテリ残量も少ない場合やアイドリング時に必要な電力量の発電をするときに実行することができ、また、フィルタ交換判定モードを任意のタイミングに実行させるスイッチ等を設置してもよい。
In addition, the second other mode is not limited to when the
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.
10 燃料電池
11 筐体
13 取込口(空気導入口)
23 フィルタ
25 ケース(筐体、流路)
26 外板
26a 吸気口(空気導入口)
27 内板
27a 連通口
29 連通空間
33 冷却ファン(吸気ファン)
41 外気温度センサ
43 圧力センサ(圧力検出部)
45 セル温度センサ
100 吸気システム
101 コントローラ(駆動制御部、判定部)
102 メモリ
105 報知ランプ
M 車両
10
23
26 Outer plate 26a Air inlet (air inlet)
27
41
45
102
Claims (5)
前記外部空気を前記流路内へ吸気する吸気ファンと、
前記吸気ファンへの通電電力を調整して当該吸気ファンの駆動を制御する駆動制御部と、
前記流路の前記空気導入口側に設けられたフィルタと、
前記フィルタに加わる吸気圧力を検出する圧力検出部と、
前記フィルタに加わる吸気圧力に基づいて当該フィルタの詰まり状況を判定する判定部とを有し、
前記判定部は、前記吸気ファンへの通電電力が所定の判定電力値以上の場合に、前記フィルタの詰まり状況の判定処理を開始する、燃料電池の吸気システム。 A fuel cell intake system that draws external air into an internal flow path of the fuel cell from an air inlet provided in a fuel cell housing,
An intake fan for sucking the external air into the flow path;
A drive control unit that controls the drive of the intake fan by adjusting the energization power to the intake fan;
A filter provided on the air inlet side of the flow path;
A pressure detector for detecting an intake pressure applied to the filter;
A determination unit that determines a clogging state of the filter based on an intake pressure applied to the filter;
The determination unit is an intake system for a fuel cell, which starts a determination process for a clogged state of the filter when energization power to the intake fan is equal to or greater than a predetermined determination power value.
The determination unit needs to replace the filter when the number of times that the average value of the pressure detected by the pressure detection unit is determined to be greater than the pressure determination value is equal to or greater than a predetermined replacement determination number. The fuel cell intake system according to claim 3 or 4, wherein the intake system of the fuel cell is notified.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015097296A JP2016213113A (en) | 2015-05-12 | 2015-05-12 | Air-intake system of fuel cell |
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JP2021536103A (en) * | 2018-08-30 | 2021-12-23 | ワット・フューエル・セル・コーポレイションWatt Fuel Cell Corp. | Reformer container and fuel cell system |
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2015
- 2015-05-12 JP JP2015097296A patent/JP2016213113A/en active Pending
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JP2021536103A (en) * | 2018-08-30 | 2021-12-23 | ワット・フューエル・セル・コーポレイションWatt Fuel Cell Corp. | Reformer container and fuel cell system |
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