JP2017157283A - Tank shut-off valve control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料タンクからの燃料の放出を遮断するタンク遮断弁の開閉を制御するタンク遮断弁制御方法に関する。 The present invention relates to a tank shutoff valve control method for controlling the opening and closing of a tank shutoff valve that shuts off the release of fuel from a fuel tank in a fuel cell system.
従来の燃料電池システムとして、特許文献1には、燃料電池に対して並列に接続された複数の燃料タンクと、燃料タンクごとに放出する燃料を遮断する複数のタンク遮断弁と、を備え、燃料電池に燃料を供給する際には、全ての遮断弁を同時に開弁する構成が開示されている。
As a conventional fuel cell system,
タンク遮断弁として一般的に利用される電磁弁は、開弁のために要する通電電流(「起動(始動)電流」あるいは「突入電流」とも呼ばれる)の電流値と、開弁の状態を保持するために要する通電電流(「保持電流」と呼ばれる)の電流値とが異なっている。起動電流は、電磁弁の種類や使用環境等に応じて、保持電流の数倍〜10倍以上となる場合もある。従って、全てのタンク遮断弁を同時に開弁する場合、複数のタンク遮断弁の起動電流の発生が重なって、多くの電力が必要となってしまう、という問題がある。この問題は、燃料タンクの数が増加するほど顕著になる。 A solenoid valve that is generally used as a tank shut-off valve maintains the current value of the energization current (also called “starting (starting) current” or “rush current”) required to open the valve and the open state. Therefore, the current value of the energization current required for this (referred to as “holding current”) is different. The starting current may be several times to 10 times or more the holding current depending on the type of solenoid valve, the usage environment, or the like. Therefore, when all the tank shut-off valves are opened at the same time, there is a problem that a large amount of electric power is required due to the occurrence of start-up currents of a plurality of tank shut-off valves. This problem becomes more prominent as the number of fuel tanks increases.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池と、n本(nは2以上の整数)の燃料タンクと、前記燃料電池に接続される集合流路と、前記集合流路から分岐して各燃料タンクに接続されるn本の分岐流路と、前記各分岐流路に介設され、対応する燃料タンクから前記燃料電池への燃料の放出を遮断するn個のタンク遮断弁と、前記n個のタンク遮断弁の開閉を制御する制御装置と、を有する燃料電池システムにおいて、前記制御装置が実行するタンク遮断弁制御方法が提供される。前記タンク遮断弁は、上流側と下流側の差圧が小さいほど小さな電流に応じた力で開弁可能である。このタンク遮断弁制御方法は、前記燃料電池への燃料の供給を開始する際に、1番目のタンク遮断弁を、前記n個のタンク遮断弁が全て閉の状態から前記1番目のタンク遮断弁を開弁するのに要する第1の電流を通電することにより開弁させる工程と、前記1番目のタンク遮断弁を開弁後、2番目からn番目のタンク遮断弁を、それぞれ、前記第1の電流よりも小さい電流を通電することにより開弁させる工程と、を備える。
n個のタンク遮断弁が全て閉の状態から1個以上のタンク遮断弁を開弁するには比較的大きな電流を要し、その後に他のタンク遮断弁を開弁するときには比較的小さな電流で開弁できる。
このタンク遮断弁制御方法によれば、1番目のタンク遮断弁のみを、全て閉の状態から1番目目のタンク遮断弁を開弁するのに要する第1の電流を通電して開弁させるので、n個のタンク遮断弁を開弁させるために第1の電流が重なって発生することを防止することができる。また、2番目からn番目のタンク遮断弁を、それぞれ、1番目のタンク遮断弁の開弁後に、第1の電流よりも小さい電流を通電することにより開弁させるので、2番目からn番目のタンク遮断弁を開弁するのに要する電流を低減することができる。従って、n個のタンク遮断弁を同時に開弁する場合に比べて、開弁に要する電力を低減することが可能である。
(1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell, n fuel tanks (n is an integer of 2 or more), a collecting channel connected to the fuel cell, and a branch from the collecting channel N branch passages connected to each fuel tank, n tank shutoff valves interposed in each branch passage and shutting off the release of fuel from the corresponding fuel tank to the fuel cell, And a control device that controls opening and closing of the n tank shut-off valves. A tank shut-off valve control method executed by the control device is provided. The tank shut-off valve can be opened with a force corresponding to a smaller current as the differential pressure between the upstream side and the downstream side is smaller. In this tank shut-off valve control method, when the supply of fuel to the fuel cell is started, the first tank shut-off valve is changed from the state where all the n tank shut-off valves are closed to the first tank shut-off valve. A step of opening the first tank shut-off valve by applying a first current required to open the valve, and a second to n-th tank shut-off valve after opening the first tank shut-off valve, respectively. And opening the valve by applying a current smaller than the current of
A relatively large current is required to open one or more tank shut-off valves when all n tank shut-off valves are closed, and a relatively small current is required to open another tank shut-off valve thereafter. The valve can be opened.
According to this tank shut-off valve control method, only the first tank shut-off valve is opened by energizing the first current required to open the first tank shut-off valve from the fully closed state. In order to open the n tank shut-off valves, it is possible to prevent the first currents from overlapping each other. In addition, since the second to nth tank shut-off valves are opened by applying a current smaller than the first current after the first tank shut-off valve is opened, the second to nth tank shut-off valves are opened. The current required to open the tank shut-off valve can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the electric power required for valve opening compared with the case where n tank shut-off valves are simultaneously opened.
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンク遮断制御方法、タンク遮断制御装置、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法等の種々の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in various forms such as a tank shutoff control method, a tank shutoff control device, a fuel cell system, and a fuel cell system control method.
A.燃料電池システムの構成:
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム10の構成を示す概略図である。燃料電池システム10は、車両(「燃料電池車両」とも呼ぶ)等の各種移動体や定置型電源等の種々の装置に適用可能である。
A. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
燃料電池システム10は、燃料電池(FC:Fuel Cell)20と、燃料ガス供給系30と、酸化ガス供給系40と、負荷装置50と、システム制御部60と、タンク制御部70と、を備える。
The
燃料電池20は、燃料ガス(「アノードガス」とも呼ぶ)としての水素と酸化ガス(「カソードガス」とも呼ぶ)としての空気(厳密には酸素)の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池20は、複数の単セル21が積層されたスタック構造を有する。なお、燃料電池20には、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)や冷媒のためのマニホールドが積層方向に沿った貫通孔として形成されるが、図示は省略する。
The
単セル21は、図示は省略するが、基本的に、発電体としての膜電極接合体(MEA:Membrane−Electrode Assembly)を、セパレータで挟持した構成を有している。MEAは、イオン交換膜からなる固体高分子型電解質膜(単に「電解質膜」とも呼ぶ)と、電解質膜のアノード側の面上に形成された触媒層及びガス拡散層からなるアノードと、電解質膜のカソード側の面上に形成された触媒層及びガス拡散層からなるカソードと、で構成される。また、セパレータとガス拡散層に接する面には、アノードガスやカソードガスを流す溝状のガス流路が形成されている。ただし、セパレータとガス拡散層との間に、ガス流路部が別途設けられる場合もある。
Although not shown, the
燃料ガス供給系30は、n本(nは2以上の整数)の燃料タンクTg1〜Tgnと、燃料タンクTg1〜Tgnと燃料電池20の燃料ガス供給用マニホールド(不図示)の入口とを接続した燃料ガス流路31と、を備えている。燃料ガス流路31は、燃料電池20に接続された集合流路CPと、集合流路CPからn股に分岐されて燃料タンクTg1〜Tgnに接続された分岐流路BP1〜BPnと、を有している。集合流路CPには、例えば、燃料電池20へ供給する燃料ガスの流量を調整するインジェクタ33及びインジェクタ33の上流側における燃料ガスの圧力を調整する減圧弁としてのレギュレータ32が設けられている。分岐流路BP1〜BPnは、燃料電池20に対して並列に配設され、対応する燃料タンクTg1〜Tgnに接続されている。分岐流路BP1〜BPnには、対応するタンク遮断弁SV1〜SVnが介設されている。タンク遮断弁SV1〜SVnには、上流側(燃料タンク側)と下流側(燃料電池側)の差圧が小さいほど小さな電流に応じた力で開弁可能な電気的駆動弁を用いることができる。具体的には、電磁弁、より具体的には、通電による電磁力によって開弁される電磁弁、いわゆるノーマルクローズ型の電磁弁を用いることができる。レギュレータ32による燃料ガスの圧力調整及びインジェクタ33による燃料ガスの流量調整は、後述するシステム制御部60によって制御される。タンク遮断弁SV1〜SVnの開閉は、後述するタンク制御部70によって制御される。タンク制御部70は「制御装置」に相当する。
The fuel
燃料電池20の燃料ガス排出用マニホールド(不図示)の出口には、燃料排ガス排出流路35が設けられている。燃料排ガス排出流路35は、発電反応に用いられることなく燃料電池20のアノードから排出される未反応ガス(水素や窒素など)や排水を含む燃料排ガス(「アノードオフガス」とも呼ぶ)の排出を行う。なお、気液分離部や、循環流路、循環用ポンプ、排水流路、排水弁等を有し、未反応ガスを循環させる循環系を備えるようにしてもよい。
A fuel exhaust
酸化ガス供給系40は、酸化ガス流路41と、エアフロメータ42と、エアコンプレッサ43とを備える。酸化ガス流路41は、燃料電池20の酸化ガス供給用マニホールドの入口に接続された流路である。
The oxidizing
エアコンプレッサ43は、酸化ガス流路41を介して燃料電池20と接続されている。エアコンプレッサ43は、外気を取り込んで圧縮した空気を、酸化ガスとして燃料電池20に供給する。エアフロメータ42は、エアコンプレッサ43の上流側において、エアコンプレッサ43が取り込む外気の量を計測し、システム制御部60に送信する。燃料電池20に対する酸化ガスの供給量は、エアフロメータ42の計測値に基づいて、システム制御部60によって制御される。
The
燃料電池20の酸化ガス排出用マニホールド(不図示)の出口には、酸化排ガス流路45が設けられている。酸化排ガス流路45は、発電反応に用いられることなく燃料電池20のカソードから排出される未反応ガス(酸素や窒素など)や排水を含む酸化排ガス(「カソードオフガス」とも呼ぶ)の排出を行う。なお、酸化排ガス流路45には、酸化排ガス流路45における酸化排ガスの圧力(燃料電池20のカソード側の背圧)を調整するための調圧弁(不図示)が設けられ、システム制御部60によって調圧弁の開度が制御されることにより酸化排ガスの圧力が調整される。
An oxidizing
なお、図示は省略するが、燃料電池20の冷媒供給用マニホールドの入口と、冷媒排出用マニホールドの出口との間には、冷媒循環流路と、冷媒循環流路に介設されたラジエータ及び冷媒循環用ポンプにより、燃料電池20を冷却するための冷媒を循環させる冷却系が設けられている。
Although not shown, a refrigerant circulation channel, a radiator interposed between the refrigerant circulation channel and the refrigerant are provided between the inlet of the refrigerant supply manifold of the
燃料電池20の出力端子には、燃料電池システム10を適用した装置に応じた負荷装置50が接続されており、燃料電池20で発電した電力は負荷装置50で消費される。例えば、燃料電池車両の場合には、車輪を駆動する駆動モータ及び駆動モータの駆動回路等が負荷装置50として接続される。
A
システム制御部60は、燃料電池20の発電動作を制御する。具体的には、燃料ガス供給系30のレギュレータ32及びインジェクタ33による燃料ガスの供給量を制御するとともに、酸化ガス供給系40のエアコンプレッサ43による酸化ガスの供給量を制御し、また、負荷装置50の動作を制御して、燃料電池20の発電を制御する。タンク制御部70は、システム制御部60からの指示に従ってタンク遮断弁SV1〜SVnの開閉を制御する。具体的には、システム制御部60によって燃料電池20への反応ガスの供給や、燃料電池20による発電を開始するに際して、タンク制御部70は、燃料タンクTg1〜Tgnから燃料ガスの供給を開始するために、システム制御部60からの指示に従って、後述するタンク遮断弁制御を実行し、タンク遮断弁SV1〜SVnの開弁を制御する。以下では、タンク制御部70が実行するタンク遮断弁SV1〜SVnの制御について説明する。
The
B.第1実施形態のタンク遮断弁開弁制御:
図2は、タンク制御部70において実行される第1実施形態のタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁制御の手順を示すフローチャートである。
B. Tank shutoff valve opening control of the first embodiment:
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of valve opening control of the tank shut-off valves SV1 to SVn of the first embodiment executed in the
タンク制御部70は、ステップS102において、システム制御部60からタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁指令が有るまで待機し、開弁指令を受けると、ステップS104において、1番目のタンク遮断弁SV1に起動電流Iocを通電して1番目のタンク遮断弁SV1を開弁させる。なお、起動電流Iocは、一つのタンク遮断弁の上流側(「一次側」とも呼ぶ)の圧力と下流側(「二次側」とも呼ぶ)の圧力の圧力差として許容される最大の圧力差の下で、そのタンク遮断弁を開弁するために要する電流であり、その仕様値にマージンを加えた値に設定されることが好ましい。こうすれば、n個のタンク遮断弁SV1〜SVnが全て閉の状態から1番目のタンク遮断弁SV1を確実に開弁させることができる。
In step S102, the
そして、タンク制御部70は、ステップS106において、起動電流Iocの通電による開弁開始から開弁時間tocが経過して1番目のタンク遮断弁SV1が開弁状態となるまで待機し、ステップS108において、1〜n番目のタンク遮断弁SV1〜SVnに保持電流Ihcを通電することにより、1番目のタンク遮断弁SV1の開弁状態を保持させるとともに、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnを開弁させる。なお、1番目のタンク遮断弁SV1の開弁時間tocは、上記の許容最大圧力差の下での起動電流の仕様値の通電によりタンク遮断弁が開弁状態となるまでに要する応答時間の仕様値tresoに、マージンαoを加えた時間に設定されることが好ましい。保持電流Ihcは、開弁状態を保持するために要する電流であり、その仕様値にマージンを加えた値に設定されることが好ましい。保持電流の仕様値は、起動電流の仕様値の1/3〜1/10以下の小さな値である。なお、保持電流Ihcは、これに限定されるものではなく、保持電流の仕様値以上で起動電流Iocよりも小さな電流の範囲内の任意の値に設定可能である。あるいは、ステップS108では、保持電流Ihcよりも大きく起動電流Iocよりも小さい電流をタンク遮断弁SV1〜SVnに通電した後で、電流値を保持電流Ihcまで低下させるようにしてもよい。
In step S106, the
ここで、1番目のタンク遮断弁SV1が開弁状態となると、1番目の燃料タンクTg1から燃料ガスが放出され、1番目のタンク遮断弁SV1の下流側の圧力、すなわち、分岐流路BP1〜BPn及びレギュレータ32の上流側の集合流路CPの圧力が、1番目のタンク遮断弁SV1の上流側の圧力にほぼ等しい状態となる。この場合、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnのそれぞれの下流側の圧力は、それぞれが開弁状態の場合と同様に、それぞれの上流側の圧力とほぼ等しい状態となる。このため、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnは、起動電流Iocよりも小さい電流を通電電流として通電させることによって開弁させることができる。なお、タンク遮断弁の上流側の圧力と下流側の圧力がほぼ等しい状態は、タンク遮断弁における圧損や、分岐流路における圧損、燃料タンク間の圧力差等に依存して発生する圧力差を含む状態である。
Here, when the first tank shut-off valve SV1 is opened, the fuel gas is released from the first fuel tank Tg1, and the pressure downstream of the first tank shut-off valve SV1, that is, the branch flow paths BP1 to BP1. The pressure of the BPn and the upstream collecting passage CP of the
そして、タンク制御部70は、ステップS110において全てのタンク遮断弁SV1〜SVnが開弁状態となるまで待機し、ステップS112において、システム制御部60に対して燃料ガスの消費を許可する。なお、開弁状態の判断は、通電による開弁開始の時刻から開弁時間thcが経過したか否かで判断することができる。開弁時間thcは、タンク遮断弁の上流側の圧力と下流側の圧力がほぼ等しい状態(許容する最小の圧力差を含む条件下)において、通電によってタンク遮断弁が開弁状態となるまでに要する応答時間の仕様値treshに、マージンαhを加えた時間に設定されることが好ましい。なお、開弁時間thcに代えて、起動電流Iocの通電による開弁時間tocを用いてもよい。
Then, the
なお、燃料ガスの消費が許可されたシステム制御部60は、レギュレータ32およびインジェクタ33を制御して、燃料ガスの供給を制御し、燃料タンクTg1〜Tgnに貯蔵された燃料タンクの消費を均等に行うことができる。また、負荷装置50の動作を制御し、燃料電池20による発電を開始することができる。
The
図3は、第1実施形態のタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁制御の様子を示すタイムチャートである。図3(a)に示すように、時刻t1において開弁指令が有ると、図3(c1)〜図3(cn)に示すように、1番目のタンク遮断弁SV1の通電電流Isv1のみが起動電流Iocとされる。これにより、図3(b1)〜図3(bn)に示すように、開弁開始の時刻t1から開弁時間tocが経過する時刻t2までの間に、1番目のタンク遮断弁SV1のみが開弁状態となる。そして、時刻t2において、図3(c1)に示すように、1番目のタンク遮断弁SV1の通電電流Isv1が起動電流Iocから保持電流Ihcに変更されて、図3(b1)に示すように、1番目のタンク遮断弁SV1の開弁状態が保持される。また、時刻t2において、図3(c2)〜図3(cn)に示すように、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnの通電電流Isv2〜Isvnがそれぞれ0から保持電流Ihcとされて、図3(b2)〜図3(bn)に示すように、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnが開弁される。また、図3(e)に示すように、時刻t2から開弁時間thcが経過した時刻t3において、燃料ガス消費が許可される。 FIG. 3 is a time chart showing the state of valve opening control of the tank cutoff valves SV1 to SVn of the first embodiment. As shown in FIG. 3 (a), when there is a valve opening command at time t1, as shown in FIGS. 3 (c1) to 3 (cn), only the energizing current Isv1 of the first tank shut-off valve SV1 is activated. The current is Ioc. As a result, as shown in FIGS. 3 (b1) to 3 (bn), only the first tank shut-off valve SV1 is opened between the valve opening start time t1 and the time t2 when the valve opening time toc elapses. It becomes a valve state. At time t2, as shown in FIG. 3 (c1), the energization current Isv1 of the first tank shut-off valve SV1 is changed from the starting current Ioc to the holding current Ihc, and as shown in FIG. 3 (b1). The open state of the first tank shut-off valve SV1 is maintained. At time t2, as shown in FIGS. 3 (c2) to 3 (cn), the energizing currents Isv2 to Isvn of the 2nd to nth tank shut-off valves SV2 to SVn are changed from 0 to the holding current Ihc, As shown in FIGS. 3 (b2) to 3 (bn), the 2nd to nth tank shut-off valves SV2 to SVn are opened. Further, as shown in FIG. 3E, fuel gas consumption is permitted at time t3 when the valve opening time thc has elapsed from time t2.
上記の第1実施形態の開弁制御では、1番目のタンク遮断弁SV1を起動電流Iocの通電により開弁後、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnを起動電流Iocよりも小さい保持電流Ihcの通電により開弁させている。これにより、n個のタンク遮断弁SV1〜SVnを同時に開弁させる場合に発生する起動電流Iocの重なりを防止することができる。また、図3(d)に示すように、タンク遮断弁SV1〜SVnを開弁させるために消費する電流(通電電流の和ΣIsv)を、1番目のタンク遮断弁SV1を開弁させている時刻t1〜t2の間においては起動電流Iocとし、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnの開弁させている時刻t2〜t3において、n倍の保持電流Ihcとすることができる。これにより、n個のタンク遮断弁SV1〜SVnを同時に開弁する場合に比べて、開弁に要する電力を低減することが可能である。また、タンク遮断弁SV1〜SVnに起動電流Iocや保持電流Ihcを通電させるための不図示の回路や接続配線等のサイズ、重量、コスト等の制約を抑制することが可能である。 In the valve opening control of the first embodiment described above, the first tank shut-off valve SV1 is opened by energizing the starting current Ioc, and then the second to n-th tank shut-off valves SV2 to SVn are held smaller than the starting current Ioc. The valve is opened by energizing Ihc. As a result, it is possible to prevent the start current Ioc from overlapping when the n tank cutoff valves SV1 to SVn are simultaneously opened. Further, as shown in FIG. 3D, the current consumed to open the tank cutoff valves SV1 to SVn (sum of energization currents ΣIsv) is the time when the first tank cutoff valve SV1 is opened. The starting current Ioc can be set between t1 and t2, and the holding current Ihc can be set to n times at the times t2 to t3 when the second to nth tank cutoff valves SV2 to SVn are opened. Thereby, compared with the case where n tank shut-off valves SV1-SVn are opened simultaneously, it is possible to reduce the electric power required for valve opening. In addition, it is possible to suppress restrictions on the size, weight, cost, and the like of a circuit (not shown) and connection wiring for energizing the tank cutoff valves SV1 to SVn with the starting current Ioc and the holding current Ihc.
また、n個の燃料タンクTg1〜Tgnを全て開弁させて、それぞれに貯蔵されている燃料ガスを均等に消費させるので、各燃料タンクTg1〜Tgn間の圧力はほほ同じ圧力となり、各タンク遮断弁SV1〜SV2の下流側(二次側)の圧力はほぼ同じ圧力となるため、各タンク遮断弁SV1〜SVnの上流側(一次側)の圧力と下流側(二次側)の圧力とがほぼ同じ圧力となり、タンク遮断弁SV1〜SVnに加わる機械的ストレスを低減することができる。 Further, since all the n fuel tanks Tg1 to Tgn are opened so that the fuel gas stored in each of them is evenly consumed, the pressure between the fuel tanks Tg1 to Tgn is almost the same, and each tank is shut off. Since the pressure on the downstream side (secondary side) of the valves SV1 and SV2 is substantially the same pressure, the pressure on the upstream side (primary side) and the pressure on the downstream side (secondary side) of each tank cutoff valve SV1 to SVn It becomes substantially the same pressure, and mechanical stress applied to the tank shut-off valves SV1 to SVn can be reduced.
なお、1番目のタンク遮断弁SV1の開弁に要する起動電流Iocが「第1の電流」に相当し、2〜n番目のタンク遮断弁SV2〜SVnの開弁に要する保持電流Ihcが「第2の電流」に相当する。 The starting current Ioc required for opening the first tank shut-off valve SV1 corresponds to the “first current”, and the holding current Ihc required for opening the second to n-th tank shut-off valves SV2 to SVn is “the first current”. 2 ".
C.第2実施形態のタンク遮断弁開弁制御:
図4Aは、タンク制御部70において実行される第2実施形態のタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁制御の手順を示すフローチャートである。
C. Tank shutoff valve opening control of the second embodiment:
FIG. 4A is a flowchart showing a procedure of valve opening control of the tank shutoff valves SV1 to SVn of the second embodiment executed in the
タンク制御部70は、ステップS142において、開弁対象のタンク遮断弁を示す対象番号「i]を初期値「0」に設定する。そして、タンク制御部70は、ステップS144において、対象番号iに「1」を加算する。
In step S142, the
次に、タンク制御部70は、ステップS146において、システム制御部60からi番目のタンク遮断弁SViの開弁指令が有るまで待機する。
Next, in step S146, the
図4Bは、システム制御部60において実行される開弁指令の手順を示すフローチャートである。システム制御部60は、ステップS162において、開弁対象のタンク遮断弁を示す対象番号「i]を初期値「0」に設定する。そして、タンク制御部70は、ステップS164において、対象番号iに「1」を加算する。
FIG. 4B is a flowchart showing a procedure of a valve opening command executed in the
次に、システム制御部60は、ステップS166において、i番目のタンク遮断弁SViの開弁指令を発生し、ステップS168において、i番目のタンク遮断弁SViが開弁状態となるまで待機する。なお、開弁状態の判断は、第1実施形態で説明した起動電流Iocの通電による開弁開始の時刻から開弁時間tocが経過したか否かで判断することができる。
Next, the
そして、システム制御部60は、1番目のタンク遮断弁SV1からn番目のタンク遮断弁SVnまでの開弁指令(ステップS166)を繰り返し実行する。
Then, the
以上のように、システム制御部60は、前のタンク遮断弁が開弁されるごとに次のタンク遮断弁の開弁指令を発生することにより、1番目のタンク遮断弁SV1からn番目のタンク遮断弁SVnまでの開弁指令を順に発生する。
As described above, the
タンク制御部70は、i番目のタンク遮断弁SViの開弁指令を受けると、図4AのステップS148において、i番目のタンク遮断弁SViに起動電流Iocを通電してi番目のタンク遮断弁SViを開弁させる。そして、タンク制御部70は、ステップS150において、起動電流Iocの通電による開弁開始から開弁時間tocが経過してi番目のタンク遮断弁SViが開弁状態となるまで待機し、ステップS152において、i番目のタンク遮断弁SViの通電電流を起動電流Iocから保持電流Ihcに変更して、i番目のタンク遮断弁SViの開弁状態を保持させる。
When the
そして、タンク制御部70は、1番目のタンク遮断弁SV1からn番目のタンク遮断弁SVnまでの開弁および保持(ステップS148〜ステップS152)を繰り返し実行する。その後、タンク制御部70は、ステップS156において、全てのタンク遮断弁SV1〜SVnが開弁状態と判断されるまで待機し、ステップS158において、システム制御部60に対して燃料ガスの消費を許可する。全てのタンク遮断弁の開弁状態の判断は、起動電流Iocから保持電流Ihcへの変更の応答時間tohを考慮して、n番目のタンク遮断弁SVnの通電電流の変更開始の時刻から応答時間tohが経過したか否かで判断することができる。なお、ステップS150と同様に、n番目のタンク遮断弁SVnが起動電流Iocの通電による開弁開始の時刻から開弁時間tocが経過したか否かで判断するようにしてもよい。この場合、ステップS150において、既に開弁状態となるまで待機しているので、ステップS156の処理は全てのタンク遮断弁が開弁状態となっていることを確認するものとなる。従って、ステップS156の処理は必ずしも必要ではなく、省略することもできる。
Then, the
図5は、第2実施形態のタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁制御の様子を示すタイムチャートである。図5(a1)に示すように、時刻t11において1番目のタンク遮断弁SV1の開弁指令が発生することにより、図5(c1)に示すように、1番目のタンク遮断弁SV1の通電電流Isv1が起動電流Iocとされる。これにより、図5(b1)に示すように、開弁開始の時刻t11から開弁時間tocが経過する時刻t12までの間に、1番目のタンク遮断弁SV1が開弁状態とされる。そして、時刻t12において、図5(c1)に示すように、1番目のタンク遮断弁SV1の通電電流Isv1が起動電流Iocから保持電流Ihcに変更されて、図5(b1)に示すように、1番目のタンク遮断弁SV1の開弁状態が保持されるとともに、図5(a2)に示すように、2番目のタンク遮断弁SV2の開弁指令が発生する。2番目のタンク遮断弁SV2の開弁指令が発生することにより、1番目のタンク遮断弁SV1と同様に、図5(c2)に示すように、2番目のタンク遮断弁SV2の通電電流ISV2が起動電流Iocとされる。これにより、図5(b2)に示すように、開弁開始の時刻t12から開弁時間tocが経過する時刻t13までの間に、2番目のタンク遮断弁SV2が開弁状態とされる。そして、時刻t13において、図5(c2)に示すように、2番目のタンク遮断弁SV2の通電電流Isv2が起動電流Iocから保持電流Ihcに変更されて、図5(b2)に示すように、2番目のタンク遮断弁SV2の開弁状態が保持されるとともに、図5(a3)に示すように、3番目のタンク遮断弁SV3の開弁指令が発生する。以降、同様に、図5(a3)〜図5(an)に示すように、3〜n番目のタンク遮断弁SV3〜SVnの開弁指令が順に発生し、図5(c3)〜図5(cn)に示すように、通電電流Isv1〜Isvnが、起動電流Iocとされ、起動電流Iocから保持電流Ihcに変更されることにより、図5(b3)〜図5(bn)に示すように、3〜n番目のタンク遮断弁SV3〜SVnが順に開弁される。そして、図5(e)に示すように、n番目のタンク遮断弁SVnが開弁状態となる時刻tn+1から通電電流変更の応答時間tohが経過した時刻t21において、燃料ガス消費が許可される。 FIG. 5 is a time chart showing a state of valve opening control of the tank shut-off valves SV1 to SVn of the second embodiment. As shown in FIG. 5 (a1), when a valve opening command for the first tank shut-off valve SV1 is generated at time t11, the energization current of the first tank shut-off valve SV1 is shown in FIG. 5 (c1). Isv1 is set as the starting current Ioc. As a result, as shown in FIG. 5 (b1), the first tank shut-off valve SV1 is opened between the valve opening start time t11 and the time t12 when the valve opening time toc elapses. At time t12, as shown in FIG. 5 (c1), the energizing current Isv1 of the first tank shut-off valve SV1 is changed from the starting current Ioc to the holding current Ihc, and as shown in FIG. 5 (b1). While the first tank shut-off valve SV1 is kept open, a command to open the second tank shut-off valve SV2 is generated as shown in FIG. 5 (a2). When the opening command for the second tank shut-off valve SV2 is generated, the energization current ISV2 of the second tank shut-off valve SV2 is changed as shown in FIG. 5 (c2) as in the case of the first tank shut-off valve SV1. The starting current is Ioc. As a result, as shown in FIG. 5 (b2), the second tank shutoff valve SV2 is opened between the valve opening start time t12 and the time t13 when the valve opening time toc elapses. At time t13, as shown in FIG. 5 (c2), the energization current Isv2 of the second tank cutoff valve SV2 is changed from the starting current Ioc to the holding current Ihc, and as shown in FIG. 5 (b2). While the open state of the second tank shut-off valve SV2 is maintained, as shown in FIG. 5 (a3), a valve open command for the third tank shut-off valve SV3 is generated. Thereafter, similarly, as shown in FIG. 5 (a3) to FIG. 5 (an), the opening instructions for the third to nth tank shut-off valves SV3 to SVn are sequentially generated, and FIG. 5 (c3) to FIG. As shown in FIG. 5 (b3) to FIG. 5 (bn), the energization currents Isv1 to Isvn are changed to the starting current Ioc and changed from the starting current Ioc to the holding current Ihc. The third to nth tank shut-off valves SV3 to SVn are sequentially opened. Then, as shown in FIG. 5 (e), fuel gas consumption is permitted at time t21 when the response time toh for changing the energization current has elapsed from time tn + 1 when the nth tank cutoff valve SVn is opened.
上記の第2実施形態の開弁制御では、起動電流Iocの通電による開弁と保持電流Ihcによる開弁状態の保持を、1番目のタンク遮断弁SV1からn番目のタンク遮断弁SVnまで1個ずつ順番に行なっている。これにより、n個のタンク遮断弁SV1〜SVnを同時に開弁させる場合に発生する起動電流Iocの重なりを防止することができる。また、図5(d)に示すように、タンク遮断弁SV1〜SVnを開弁させるために消費する電流(通電電流の和ΣIsv)を、最大でも起動電流Iocと(n−1)倍の保持電流Ihcの和とすることができる。従って、n個のタンク遮断弁SV1〜SVnを同時に開弁する場合に比べて、開弁に要する電力を低減することが可能である。また、タンク遮断弁SV1〜SVnに起動電流Iocや保持電流Ihcを通電させるための不図示の回路や接続配線等のサイズ、重量、コスト等の制約を抑制することが可能である。 In the valve opening control of the second embodiment, one valve opening by energizing the starting current Ioc and holding of the opened state by the holding current Ihc are performed from the first tank cutoff valve SV1 to the nth tank cutoff valve SVn. It is done in order. As a result, it is possible to prevent the start current Ioc from overlapping when the n tank cutoff valves SV1 to SVn are simultaneously opened. Further, as shown in FIG. 5 (d), the current consumed to open the tank shut-off valves SV1 to SVn (sum of energization currents ΣIsv) is maintained at (n−1) times the starting current Ioc at the maximum. The sum of the currents Ihc can be obtained. Therefore, it is possible to reduce the electric power required for valve opening compared with the case where n tank shut-off valves SV1 to SVn are simultaneously opened. In addition, it is possible to suppress restrictions on the size, weight, cost, and the like of a circuit (not shown) and connection wiring for energizing the tank cutoff valves SV1 to SVn with the starting current Ioc and the holding current Ihc.
また、n個の燃料タンクTg1〜Tgnを全て開弁させて、それぞれに貯蔵されている燃料ガスを均等に消費させるので、各燃料タンクTg1〜Tgn間の圧力はほほ同じ圧力となり、各タンク遮断弁SV1〜SV2の下流側(二次側)の圧力はほぼ同じ圧力となるため、各タンク遮断弁SV1〜SVnの上流側(一次側)の圧力と下流側(二次側)の圧力とがほぼ同じ圧力となり、タンク遮断弁SV1〜SVnに加わる機械的ストレスを低減することができる。 Further, since all the n fuel tanks Tg1 to Tgn are opened so that the fuel gas stored in each of them is evenly consumed, the pressure between the fuel tanks Tg1 to Tgn is almost the same, and each tank is shut off. Since the pressure on the downstream side (secondary side) of the valves SV1 and SV2 is substantially the same pressure, the pressure on the upstream side (primary side) and the pressure on the downstream side (secondary side) of each tank cutoff valve SV1 to SVn It becomes substantially the same pressure, and mechanical stress applied to the tank shut-off valves SV1 to SVn can be reduced.
なお、第2実施形態の開弁制御においては、1〜n番目のタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁指令を順に発生させる制御(図4B)を、システム制御部60において実行するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、第1実施形態と同様に、システム制御部60から1〜n番目のタンク遮断弁SV1〜SVnの開弁指令を受けたタンク制御部70において実行するようにしてもよい。
In the valve opening control of the second embodiment, it has been described that the
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…燃料電池システム
20…燃料電池
21…単セル
30…燃料ガス供給系
31…燃料ガス流路
32…レギュレータ
33…インジェクタ
35…燃料排ガス排出流路
40…酸化ガス供給系
41…酸化ガス流路
42…エアフロメータ
43…エアコンプレッサ
45…酸化排ガス流路
50…負荷装置
60…システム制御部
70…タンク制御部
BP1〜BPn…分岐流路
CP…集合流路
SV1〜SVn…タンク遮断弁
Tg1〜Tgn…燃料タンク
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記タンク遮断弁は、上流側と下流側の差圧が小さいほど小さな電流に応じた力で開弁可能であり、
前記燃料電池への燃料の供給を開始する際に、
1番目のタンク遮断弁を、前記n個のタンク遮断弁が全て閉の状態から前記1番目のタンク遮断弁を開弁するのに要する第1の電流を通電することにより開弁させる工程と、
前記1番目のタンク遮断弁を開弁後、2番目からn番目のタンク遮断弁を、それぞれ、前記第1の電流よりも小さい電流を通電することにより開弁させる工程と、
を備える、タンク遮断弁制御方法。 A fuel cell, n fuel tanks (n is an integer equal to or greater than 2), a collecting channel connected to the fuel cell, and n branches branched from the collecting channel and connected to each fuel tank A flow path, n tank shut-off valves interposed in each branch flow path for shutting off the release of fuel from the corresponding fuel tank to the fuel cell, and controlling the opening and closing of the n tank shut-off valves. A fuel cell system having a control device, a tank cutoff valve control method executed by the control device,
The tank shut-off valve can be opened with a force corresponding to a small current as the differential pressure between the upstream side and the downstream side is small.
When starting the supply of fuel to the fuel cell,
Opening the first tank shut-off valve by energizing a first current required to open the first tank shut-off valve from a state in which the n tank shut-off valves are all closed;
After opening the first tank shut-off valve, the second to n-th tank shut-off valves are each opened by applying a current smaller than the first current;
A tank shutoff valve control method comprising:
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