JP2017182943A - Method for controlling fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of inhibiting fuel gas from being wastefully discharged during discharge from a gas-liquid separator even when there are individual differences in the amount of waste water through an exhaust drain valve in a fuel cell system using the exhaust drain valve.SOLUTION: In a method for controlling a fuel cell system, a control device performs the steps of: calculating the exhaust gas amount of the exhaust drainage valve per unit time from the volume of a gas-liquid separator and a circulation passage, and the pressure drop amount in the circulation passage during opening of the exhaust drainage valve when there is no water in the gas-liquid separator and the circulation passage; estimating the amount of waste water per unit time of the exhaust drainage valve based on the calculated exhaust gas amount; estimating the amount of water stored in the gas-liquid separator from the power generation amount of the fuel cell; and draining water by controlling opening/closing of the exhaust drainage valve based on the amount of waste water per unit time of the estimated exhaust drainage valve when the estimated amount of waste water is equal to or more than the specified amount.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a control method for a fuel cell system.

燃料電池システムは、例えば、特許文献1に記載されているように、アノードオフガスに含まれる燃料ガスを燃料電池に循環させる循環流路を備えている。アノードオフガスには、生成水や窒素といった不純物が含まれているため、特許文献1に記載された燃料電池システムでは、排気排水弁を用いて循環流路外に不純物を排出している。   For example, as described in Patent Document 1, the fuel cell system includes a circulation channel that circulates the fuel gas contained in the anode off gas to the fuel cell. Since the anode off gas contains impurities such as produced water and nitrogen, the fuel cell system described in Patent Document 1 uses the exhaust drain valve to discharge impurities out of the circulation flow path.

特開2008−181811号公報JP 2008-181811 A

燃料電池システムでは、生成水を排出する際に、気液分離器を用いて水をガスより分離する。このとき、排気排水弁の個体差により水の排出量が異なるため、ガスが排出されないように水の排出量をあらかじめ定めたとしても、想定量以上の水が排出されてしまい、それに伴って燃料ガスを含むガスを無駄に排出してしまう場合がある。燃料ガスが排出されると、燃費が悪化してしまうため、排気排水弁を用いた燃料電池システムにおいて、気液分離器からの排水時に燃料ガスが無駄に排出されることを抑制可能な技術が望まれていた。   In the fuel cell system, when discharging generated water, water is separated from gas using a gas-liquid separator. At this time, the amount of water discharge varies depending on the individual difference of the exhaust drainage valve. Therefore, even if the water discharge amount is determined in advance so that the gas is not discharged, more than the expected amount of water is discharged, and the fuel In some cases, gas containing gas is wasted. When fuel gas is discharged, fuel efficiency deteriorates. Therefore, in a fuel cell system using an exhaust drainage valve, there is a technology that can suppress wasteful discharge of fuel gas when draining from a gas-liquid separator. It was desired.

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、燃料電池システムの制御方法が提供される。この燃料電池システムの制御方法は、燃料電池のアノードオフガスを前記燃料電池に循環させる循環流路と;前記循環流路に接続され,前記循環流路内の前記アノードオフガスから生成水を分離する気液分離器と;前記気液分離器によって分離された前記生成水の排水と、前記気液分離器から排出された前記アノードオフガスの排気とを行う排気排水弁と;制御装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって(a)前記制御装置が、前記気液分離器および前記循環流路の容積と、前記気液分離器および前記循環流路内に水がないときの前記排気排水弁の開放時における前記循環流路内の圧力低下量とから、単位時間あたりの前記排気排水弁の排出ガス量を算出し、(b)前記工程(a)の後、前記制御装置が、算出された前記排出ガス量に基づき、前記排気排水弁の単位時間あたりの排水量を推定し、(c)前記工程(b)の後、前記制御装置が、前記燃料電池の発電量から前記気液分離器内に溜まった水量を推定し、(d)前記工程(c)の後、前記制御装置が、推定された前記水量が規定量以上の場合に、推定された前記排気排水弁の単位時間あたりの排水量に基づき、前記排気排水弁の開閉を制御して排水を行う。この形態の燃料電池システムの制御方法によれば、工程(a)〜(d)を行うことにより、排気排水弁による排水量に個体差があった場合でも、気液分離器からの排水時に燃料ガスが無駄に排出されることを抑制することができる。この結果、燃費の悪化を抑制できる。 (1) According to one aspect of the present invention, a method for controlling a fuel cell system is provided. The control method of the fuel cell system includes a circulation flow path for circulating an anode off-gas of the fuel cell to the fuel cell; an air gas connected to the circulation flow path and separating generated water from the anode off-gas in the circulation flow path. A fuel comprising: a liquid separator; an exhaust drain valve for draining the produced water separated by the gas-liquid separator; and exhausting the anode off-gas discharged from the gas-liquid separator; and a control device A control method for a battery system, wherein: (a) the control device includes a volume of the gas-liquid separator and the circulation channel, and the exhaust drainage when there is no water in the gas-liquid separator and the circulation channel. The amount of exhaust gas discharged from the exhaust drain valve per unit time is calculated from the amount of pressure drop in the circulation flow path when the valve is opened. (B) After the step (a), the control device calculates Said exhaust gas Based on the amount, the amount of drainage per unit time of the exhaust drainage valve is estimated. (C) After the step (b), the control device accumulates in the gas-liquid separator from the power generation amount of the fuel cell. (D) after the step (c), when the estimated amount of water is greater than or equal to a specified amount, the control device is based on the estimated amount of discharged water per unit time of the exhaust drain valve. Drainage is performed by controlling the opening and closing of the exhaust drain valve. According to the control method of the fuel cell system of this embodiment, even if there is an individual difference in the amount of drainage by the exhaust drainage valve by performing steps (a) to (d), the fuel gas is discharged during drainage from the gas-liquid separator. Can be prevented from being discharged in vain. As a result, deterioration of fuel consumption can be suppressed.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池を搭載した車両、車両に搭載される燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法を実行する制御装置などの形態で実現することができる。   It should be noted that the present invention can be realized in various modes, such as a vehicle equipped with a fuel cell, a fuel cell system mounted on the vehicle, a control device that executes a control method for the fuel cell system, and the like. Can be realized.

燃料電池システムの概略構成を示す概略図である。It is the schematic which shows schematic structure of a fuel cell system. 排水能力推定処理のフローチャートである。It is a flowchart of drainage capacity estimation processing. 排水処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a waste water treatment.

A.実施形態:
図1は、本発明の一実施形態における燃料電池システム100の概略構成を示す概略図である。燃料電池システム100は、燃料電池10と、制御装置20と、酸化ガス流路系30と、燃料ガス流路系50と、を備える。
A. Embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 10, a control device 20, an oxidizing gas channel system 30, and a fuel gas channel system 50.

燃料電池10は、反応ガスとして水素(燃料ガス)と空気(酸化ガス)と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10は、複数のセル11が積層されたスタック構造を有する。各セル11は、電解質膜(図示せず)の両面に電極を配置した膜電極接合体(図示せず)と、膜電極接合体を挟持する1組のセパレータとを有する。燃料電池10によって発電された電力は、DC/DCコンバータ90を介してバッテリ92に蓄電される。バッテリ92には、種々の負荷93が接続されている。後述するエアコンプレッサ32や循環用ポンプ64、各種弁には、燃料電池10またはバッテリ92から電力が供給され、駆動される。   The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by receiving supply of hydrogen (fuel gas) and air (oxidizing gas) as reaction gases. The fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of cells 11 are stacked. Each cell 11 has a membrane electrode assembly (not shown) in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane (not shown), and a set of separators that sandwich the membrane electrode assembly. The electric power generated by the fuel cell 10 is stored in the battery 92 via the DC / DC converter 90. Various loads 93 are connected to the battery 92. Electric power is supplied from the fuel cell 10 or the battery 92 to the air compressor 32, the circulation pump 64, and various valves, which will be described later, and is driven.

酸化ガス流路系30は、酸化ガス配管31と、エアコンプレッサ32と、開閉弁33と、カソードオフガス配管41と、レギュレータ42と、を備える。酸化ガス流路系30には、燃料電池10内のカソード側の流路が含まれる。   The oxidizing gas flow path system 30 includes an oxidizing gas pipe 31, an air compressor 32, an on-off valve 33, a cathode offgas pipe 41, and a regulator 42. The oxidizing gas flow path system 30 includes a flow path on the cathode side in the fuel cell 10.

エアコンプレッサ32は、酸化ガス配管31を介して燃料電池10と接続されている。エアコンプレッサ32は、制御装置20からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、酸化ガスとして燃料電池10に供給する。   The air compressor 32 is connected to the fuel cell 10 via the oxidizing gas pipe 31. The air compressor 32 compresses air taken from outside in accordance with a control signal from the control device 20 and supplies the compressed air to the fuel cell 10 as an oxidizing gas.

開閉弁33は、エアコンプレッサ32と燃料電池10との間に設けられており、酸化ガス配管31における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁33は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ32から所定の圧力を有する空気が酸化ガス配管31に供給されたときに開く。   The on-off valve 33 is provided between the air compressor 32 and the fuel cell 10 and opens and closes according to the flow of supply air in the oxidizing gas pipe 31. Specifically, the on-off valve 33 is normally in a closed state and opens when air having a predetermined pressure is supplied from the air compressor 32 to the oxidizing gas pipe 31.

カソードオフガス配管41は、燃料電池10のカソードから排出されたカソードオフガスを燃料電池システム100の外部へと排出する。レギュレータ42は、制御装置20からの制御信号に応じて、カソードオフガス配管41におけるカソードオフガスの圧力(燃料電池10のカソード側の背圧)を調整する。   The cathode offgas pipe 41 discharges the cathode offgas discharged from the cathode of the fuel cell 10 to the outside of the fuel cell system 100. The regulator 42 adjusts the cathode offgas pressure (back pressure on the cathode side of the fuel cell 10) in the cathode offgas piping 41 in accordance with a control signal from the control device 20.

燃料ガス流路系50は、燃料ガス配管51と、水素タンク52と、開閉弁53と、レギュレータ54と、インジェクタ55と、排気排水弁60と、アノードオフガス配管61と、圧力センサ62と、循環配管63と、循環用ポンプ64と、気液分離器70と、を備える。燃料ガス流路系50には、燃料電池10内のアノード側の流路が含まれる。以下では、燃料ガス配管51のインジェクタ55よりも下流側と、燃料電池10内のアノード側の流路と、アノードオフガス配管61と、循環配管63と、気液分離器70と、で構成される流路のことを、循環流路65ともいう。循環流路65は、燃料電池10のアノードオフガスを燃料電池10に循環させるための流路である。循環流路65には循環流路65内の圧力を検出するための圧力センサ62が接続されている。   The fuel gas passage system 50 includes a fuel gas pipe 51, a hydrogen tank 52, an on-off valve 53, a regulator 54, an injector 55, an exhaust / drain valve 60, an anode offgas pipe 61, a pressure sensor 62, and a circulation. A pipe 63, a circulation pump 64, and a gas-liquid separator 70 are provided. The fuel gas channel system 50 includes an anode-side channel in the fuel cell 10. Hereinafter, the fuel gas pipe 51 includes a downstream side of the injector 55, an anode-side flow path in the fuel cell 10, an anode offgas pipe 61, a circulation pipe 63, and a gas-liquid separator 70. The flow path is also referred to as a circulation flow path 65. The circulation channel 65 is a channel for circulating the anode off gas of the fuel cell 10 to the fuel cell 10. A pressure sensor 62 for detecting the pressure in the circulation channel 65 is connected to the circulation channel 65.

水素タンク52は、燃料ガス配管51を介して燃料電池10のアノードと接続されており、内部に充填されている水素を燃料電池10に供給する。開閉弁53、レギュレータ54、インジェクタ55は、燃料ガス配管51に、この順序で上流側、つまり水素タンク52に近い側、から設けられている。   The hydrogen tank 52 is connected to the anode of the fuel cell 10 through the fuel gas pipe 51, and supplies the hydrogen filled inside to the fuel cell 10. The on-off valve 53, the regulator 54, and the injector 55 are provided in the fuel gas pipe 51 in this order from the upstream side, that is, the side close to the hydrogen tank 52.

開閉弁53は、制御装置20からの制御信号に応じて開閉し、水素タンク52からインジェクタ55の上流側への水素の流入を制御する。燃料電池システム100の停止時には開閉弁53は閉じられる。レギュレータ54は、制御装置20からの制御信号に応じて、インジェクタ55の上流側における水素の圧力を調整する。インジェクタ55は、制御装置20によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御装置20は、インジェクタ55の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池10に供給される水素の量を制御する。   The on-off valve 53 opens and closes in response to a control signal from the control device 20 and controls the inflow of hydrogen from the hydrogen tank 52 to the upstream side of the injector 55. When the fuel cell system 100 is stopped, the on-off valve 53 is closed. The regulator 54 adjusts the hydrogen pressure on the upstream side of the injector 55 in accordance with a control signal from the control device 20. The injector 55 is an electromagnetically driven on / off valve in which the valve element is electromagnetically driven in accordance with the driving cycle and valve opening time set by the control device 20. The control device 20 controls the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 10 by controlling the drive cycle and valve opening time of the injector 55.

アノードオフガス配管61は、燃料電池10のアノードの出口と気液分離器70とを接続する配管である。アノードオフガス配管61は、発電反応に用いられることのなかった燃料ガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器70へと誘導する。   The anode off-gas pipe 61 is a pipe connecting the outlet of the anode of the fuel cell 10 and the gas-liquid separator 70. The anode off gas pipe 61 guides the anode off gas containing fuel gas, nitrogen gas, etc., which has not been used for the power generation reaction, to the gas-liquid separator 70.

気液分離器70は、循環流路65のアノードオフガス配管61と循環配管63との間に接続されている。気液分離器70は、循環流路65内のアノードオフガスから生成水を分離して貯水する。   The gas-liquid separator 70 is connected between the anode off-gas pipe 61 and the circulation pipe 63 of the circulation flow path 65. The gas-liquid separator 70 separates the generated water from the anode off gas in the circulation channel 65 and stores the separated water.

循環配管63は、燃料ガス配管51のインジェクタ55より下流に接続されている。循環配管63には、制御装置20からの制御信号に応じて駆動される循環用ポンプ64が設けられている。この循環用ポンプ64によって、気液分離器70によって生成水が分離されたアノードオフガスが、燃料ガス配管51へと送り出される。このように、この燃料電池システム100では、水素を含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池10に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。   The circulation pipe 63 is connected downstream from the injector 55 of the fuel gas pipe 51. The circulation pipe 63 is provided with a circulation pump 64 that is driven in accordance with a control signal from the control device 20. The anode off gas from which the generated water has been separated by the gas-liquid separator 70 is sent out to the fuel gas pipe 51 by the circulation pump 64. Thus, in this fuel cell system 100, the anode off gas containing hydrogen is circulated and supplied to the fuel cell 10 again, thereby improving the utilization efficiency of hydrogen.

排気排水弁60は、気液分離器70の下部に設けられている。排気排水弁60は、気液分離器70に貯水された生成水の排水と、気液分離器70内のアノードオフガスの排気と、を行う。燃料電池システム100の運転中は、通常、排気排水弁60は閉じられており、制御装置20からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排気排水弁60は、カソードオフガス配管41に接続されており、排気排水弁60によって排出された生成水およびアノードオフガスは、カソードオフガス配管41を通じて外部へ排出される。   The exhaust drain valve 60 is provided in the lower part of the gas-liquid separator 70. The exhaust / drain valve 60 drains the generated water stored in the gas-liquid separator 70 and exhausts the anode off gas in the gas-liquid separator 70. During operation of the fuel cell system 100, the exhaust drain valve 60 is normally closed and opens and closes in response to a control signal from the control device 20. In the present embodiment, the exhaust drain valve 60 is connected to the cathode offgas pipe 41, and the generated water and anode offgas discharged by the exhaust drain valve 60 are discharged to the outside through the cathode offgas pipe 41.

制御装置20は、CPUとメモリと、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。CPUは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム100の制御方法として後述する各種処理を実現するほか、燃料電池システム100の運転制御を行う。   The control device 20 is configured as a computer including a CPU, a memory, and an interface circuit to which the above-described components are connected. The CPU executes various control processes, which will be described later, as a control method of the fuel cell system 100 by executing a control program stored in the memory, and controls the operation of the fuel cell system 100.

図2は、排水能力推定処理のフローチャートである。この処理は制御装置20が燃料電池システム100の起動時に実行する処理であり、排気排水弁60の単位時間あたりの排水量を推定するための処理である。制御装置20は、この処理を開始すると、まず、循環流路65内に水素タンク52から燃料ガスを充填させ、開閉弁53およびインジェクタ55を閉じた状態で、排気排水弁60を開放する(ステップS300)。排気排水弁60を開放した後、制御装置20は、気液分離器70内からガスが排出されることによって生じる循環流路65内の圧力低下量を、圧力センサ62を用いて算出し、圧力が低下したことを検知する(ステップS310)。圧力低下が検知されない場合(ステップS310:NO)には、気液分離器70から水が排出されていることになるので、制御装置20は圧力低下が検知されるまで待機する。   FIG. 2 is a flowchart of the drainage capacity estimation process. This process is a process executed by the control device 20 when the fuel cell system 100 is started, and is a process for estimating the amount of drainage per unit time of the exhaust drainage valve 60. When starting this process, the control device 20 first fills the circulation passage 65 with the fuel gas from the hydrogen tank 52, and opens the exhaust / drain valve 60 with the open / close valve 53 and the injector 55 closed (step). S300). After opening the exhaust / drain valve 60, the control device 20 calculates the pressure drop amount in the circulation passage 65 caused by the gas being discharged from the gas-liquid separator 70 using the pressure sensor 62, and the pressure Is detected (step S310). If no pressure drop is detected (step S310: NO), water has been discharged from the gas-liquid separator 70, so the control device 20 stands by until a pressure drop is detected.

一方、圧力低下が検知された場合(ステップS310:YES)には、気液分離器70からガスが排出されていることになる。この場合、制御装置20は、単位時間あたりの排出ガス量を算出する(ステップS320)。制御装置20は、予め求められた循環流路65の容積と、圧力センサ62により検出した排気排水弁60の開放時における循環流路65内の圧力低下量とに基づき、排気排水弁60の単位時間あたりの排出ガス量を算出できる。   On the other hand, when a pressure drop is detected (step S310: YES), the gas is discharged from the gas-liquid separator 70. In this case, the control device 20 calculates the exhaust gas amount per unit time (step S320). The control device 20 determines the unit of the exhaust / drain valve 60 based on the volume of the circulation channel 65 obtained in advance and the amount of pressure drop in the circulation channel 65 when the exhaust / drain valve 60 is detected as detected by the pressure sensor 62. The amount of exhaust gas per hour can be calculated.

続いて、制御装置20は、算出された単位時間あたりの排出ガス量に基づき、排気排水弁60の単位時間あたりの排水量を推定する(ステップS330)。制御装置20は、単位時間あたりの排出ガス量と、単位時間あたりの排水量との関係が予め対応づけられたマップを参照することにより、単位時間あたりの排水量を推定することができる。本実施形態では、推定した単位時間あたりの排水量を基に、後述する排水処理を実施する。   Subsequently, the control device 20 estimates the drainage amount per unit time of the exhaust / drain valve 60 based on the calculated exhaust gas amount per unit time (step S330). The control device 20 can estimate the drainage amount per unit time by referring to a map in which the relationship between the exhaust gas amount per unit time and the drainage amount per unit time is associated in advance. In this embodiment, the waste water treatment mentioned later is implemented based on the estimated amount of waste water per unit time.

図3は、本実施形態における排水処理を表わすフローチャートである。この処理は燃料電池システム100の動作中、制御装置20により繰り返し実行される処理である。なお、この処理の開始時には排気排水弁60は閉鎖されているものとする。制御装置20は、この処理を開始すると、まず、燃料電池10によって発電された発電量に基づき、気液分離器70内に溜まった貯水量を推定する(ステップS400)。制御装置20は、燃料電池10の電流値と生成される水量との関係が定義されたマップや関数に基づき、生成水の貯水量を推定することができる。   FIG. 3 is a flowchart showing the waste water treatment in the present embodiment. This process is a process repeatedly executed by the control device 20 during the operation of the fuel cell system 100. It is assumed that the exhaust / drain valve 60 is closed at the start of this process. When this process is started, the control device 20 first estimates the amount of water stored in the gas-liquid separator 70 based on the amount of power generated by the fuel cell 10 (step S400). The control device 20 can estimate the amount of stored water based on a map or function in which the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the amount of water generated is defined.

次に、制御装置20は、推定した貯水量が気液分離器70内に溜められる規定量を超えたか否か判定する(ステップS410)。推定した貯水量が規定量より多くなった場合(ステップS410:YES)、制御装置20は、排気排水弁60を開放する(ステップS420)。一方、推定した貯水量が規定量以下の場合(ステップS410:NO)、制御装置20は推定した貯水量が規定量に到達するまで待機を行う。   Next, the control device 20 determines whether or not the estimated amount of stored water has exceeded a specified amount stored in the gas-liquid separator 70 (step S410). When the estimated amount of stored water is greater than the specified amount (step S410: YES), the control device 20 opens the exhaust / drain valve 60 (step S420). On the other hand, when the estimated amount of stored water is equal to or less than the specified amount (step S410: NO), the control device 20 stands by until the estimated amount of stored water reaches the specified amount.

排気排水弁60を開放した後、制御装置20は、上記排水能力推定処理(図2)によって推定した単位時間あたりの排水量に、排気排水弁60を開放してから経過した時間を掛け合わすことによって排気排水弁60から排出された水量を推定し、その水量が、希望排水量に到達したか否かを判定する(ステップS430)。希望排水量とは、気液分離器70からガスが排出されない限界の排水量であり、上述した規定量とほぼ同じか若干少ない量である。推定した単位時間あたりの排水量に時間を掛け合わして求めた水量が、希望排水量に到達していなければ(ステップS430:NO)、制御装置20は、推定した単位時間あたりの排水量に時間を掛け合わして求めた水量が、希望排水量に到達するまで待機し、推定した単位時間あたりの排水量に時間を掛け合わして求めた水量が、希望排水量に到達すれば(ステップS430:YES)、制御装置20は、排気排水弁60を閉鎖する(ステップS440)。ステップS440において、制御装置20は、次回のステップS400で推定する貯水量と、次回のステップS430で推定する水量の値をリセットする。以上で説明した排水処理によれば、制御装置20は排気排水弁60からガスが排出されないように、排気排水弁60の開閉を制御して排水を行うことができる。   After opening the exhaust drain valve 60, the control device 20 multiplies the amount of drainage per unit time estimated by the drain capacity estimation process (FIG. 2) by the time elapsed since the exhaust drain valve 60 was opened. The amount of water discharged from the exhaust / drain valve 60 is estimated, and it is determined whether or not the amount of water has reached the desired amount of drainage (step S430). The desired amount of drainage is the limit amount of drainage from which gas is not discharged from the gas-liquid separator 70, and is almost the same or slightly smaller than the above-mentioned prescribed amount. If the amount of water obtained by multiplying the estimated amount of drainage per unit time has not reached the desired amount of drainage (step S430: NO), the controller 20 multiplies the estimated amount of drainage per unit time by time. The controller 20 waits until the determined amount of water reaches the desired amount of drainage, and if the amount of water determined by multiplying the estimated amount of drainage per unit time by time reaches the desired amount of drainage (step S430: YES), the control device 20 Then, the exhaust / drain valve 60 is closed (step S440). In step S440, the control device 20 resets the water storage amount estimated in the next step S400 and the value of the water amount estimated in the next step S430. According to the wastewater treatment described above, the control device 20 can perform drainage by controlling the opening and closing of the exhaust drainage valve 60 so that gas is not discharged from the exhaust drainage valve 60.

以上で説明した本実施形態の燃料電池システム100の制御方法によれば、上述した排水能力推定処理によって、気液分離器70に初期水がない状態での圧力低下量から、単位時間あたりの気液分離器70の排出ガス量を算出し、算出した排出ガス量から排気排水弁60の単位時間あたりの排水量を求めることができる。そのため、排気排水弁60の個体差に応じた排水能力を推定することができるので、例えば、排気排水弁60のオリフィス径や弁のストローク量に個体バラツキがあったとしても、上記排水処理における排水量を、気液分離器70からガスが排出されない量に調整することができ、気液分離器70から無駄に燃料ガスが排出されることを抑制することができる。この結果、本実施形態によれば、燃料電池システム100の燃費が悪化することを抑制することができる。   According to the control method of the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, the gas per unit time is calculated from the pressure drop amount in the absence of the initial water in the gas-liquid separator 70 by the drainage capacity estimation process described above. The exhaust gas amount of the liquid separator 70 is calculated, and the drainage amount per unit time of the exhaust drain valve 60 can be obtained from the calculated exhaust gas amount. Therefore, since the drainage capacity according to the individual difference of the exhaust drainage valve 60 can be estimated, for example, even if there is individual variation in the orifice diameter of the exhaust drainage valve 60 and the stroke amount of the valve, the drainage amount in the drainage treatment described above Can be adjusted to such an amount that the gas is not discharged from the gas-liquid separator 70, and it is possible to suppress the wasteful discharge of the fuel gas from the gas-liquid separator 70. As a result, according to the present embodiment, it is possible to prevent the fuel consumption of the fuel cell system 100 from deteriorating.

B.変形例:
<第1変形例>
上記実施形態において、単位時間あたりの排水量の推定には、単位時間あたりの排出ガス量と、単位時間あたりの排水量との関係が予め対応づけられたマップを用いた。しかし、マップに代えて、単位時間あたりの排出ガス量と、単位時間あたりの排水量との関係を表す関数を用いてもよい。
B. Variations:
<First Modification>
In the embodiment described above, a map in which the relationship between the amount of exhaust gas per unit time and the amount of drainage per unit time is associated in advance is used for estimating the amount of drainage per unit time. However, instead of the map, a function representing the relationship between the amount of exhaust gas per unit time and the amount of drainage per unit time may be used.

<第2変形例>
上記実施形態では、気液分離器70から排水を行うための排水処理について詳述したが、制御装置20は、循環流路65から窒素等の不純物を排気するための処理を別途実行し、その排気処理において、上述した排水処理とは異なるタイミングで排気排水弁60を開閉してもよい。
<Second Modification>
In the above embodiment, the waste water treatment for draining from the gas-liquid separator 70 has been described in detail, but the control device 20 separately performs a process for exhausting impurities such as nitrogen from the circulation flow path 65, In the exhaust process, the exhaust drain valve 60 may be opened and closed at a timing different from the above-described drain process.

<第3変形例>
上記実施形態の排水処理では、排気排水弁60からガスが排出されないように排気排水弁60の開閉を制御したが、排気排水弁60から若干量のガスが排出されるように排気排水弁60の開閉を制御してもよい。
<Third Modification>
In the wastewater treatment of the above embodiment, the exhaust drainage valve 60 is controlled to be opened and closed so that the gas is not exhausted from the exhaust drainage valve 60. However, the exhaust drainage valve 60 is configured so that a small amount of gas is exhausted from the exhaust drainage valve 60. Opening and closing may be controlled.

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、上述した課題を解決するために、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 column of the summary of the invention are intended to solve the above-described problems or to achieve a part or all of the above-described effects. In order to achieve, it is possible to replace and combine 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
11…セル
20…制御装置
30…酸化ガス流路系
31…酸化ガス配管
32…エアコンプレッサ
33…開閉弁
41…カソードオフガス配管
42…レギュレータ
50…燃料ガス流路系
51…燃料ガス配管
52…水素タンク
53…開閉弁
54…レギュレータ
55…インジェクタ
60…排気排水弁
61…アノードオフガス配管
62…圧力センサ
63…循環配管
64…循環用ポンプ
65…循環流路
70…気液分離器
80…排水排ガスマップ
90…DC/DCコンバータ
92…バッテリ
93…負荷
100…燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 11 ... Cell 20 ... Control apparatus 30 ... Oxidation gas flow path system 31 ... Oxidation gas piping 32 ... Air compressor 33 ... On-off valve 41 ... Cathode off-gas piping 42 ... Regulator 50 ... Fuel gas flow path system 51 ... Fuel gas Pipe 52 ... Hydrogen tank 53 ... On-off valve 54 ... Regulator 55 ... Injector 60 ... Exhaust drain valve 61 ... Anode off-gas pipe 62 ... Pressure sensor 63 ... Circulation pipe 64 ... Circulation pump 65 ... Circulation flow path 70 ... Gas-liquid separator 80 ... Drainage exhaust gas map 90 ... DC / DC converter 92 ... Battery 93 ... Load 100 ... Fuel cell system

Claims (1)

燃料電池のアノードオフガスを前記燃料電池に循環させる循環流路と、
前記循環流路に接続され,前記循環流路内の前記アノードオフガスから生成水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器によって分離された前記生成水の排水と、前記気液分離器から排出された前記アノードオフガスの排気とを行う排気排水弁と、
制御装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記制御装置が、前記気液分離器および前記循環流路の容積と、前記気液分離器および前記循環流路内に水がないときの前記排気排水弁の開放時における前記循環流路内の圧力低下量とから、単位時間あたりの前記排気排水弁の排出ガス量を算出する工程と、
(b)前記工程(a)の後、前記制御装置が、算出された前記排出ガス量に基づき、前記排気排水弁の単位時間あたりの排水量を推定する工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記制御装置が、前記燃料電池の発電量から前記気液分離器内に溜まった水量を推定する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記制御装置が、推定された前記水量が規定量以上の場合に、推定された前記排気排水弁の単位時間あたりの排水量に基づき、前記排気排水弁の開閉を制御して排水を行う工程と、を備える、制御方法。
A circulation flow path for circulating the anode off gas of the fuel cell to the fuel cell;
A gas-liquid separator connected to the circulation channel and separating generated water from the anode offgas in the circulation channel;
An exhaust drain valve for draining the generated water separated by the gas-liquid separator and exhausting the anode off-gas discharged from the gas-liquid separator;
A control method of a fuel cell system comprising:
(A) The control device is configured so that the volume of the gas-liquid separator and the circulation channel, and the circulation flow when the exhaust drain valve is opened when there is no water in the gas-liquid separator and the circulation channel. Calculating the exhaust gas amount of the exhaust drain valve per unit time from the pressure drop in the road;
(B) After the step (a), the control device estimates a drainage amount per unit time of the exhaust drainage valve based on the calculated exhaust gas amount;
(C) after the step (b), the control device estimates the amount of water accumulated in the gas-liquid separator from the power generation amount of the fuel cell;
(D) After the step (c), when the estimated amount of water is equal to or greater than a specified amount, the control device determines the amount of the exhaust drain valve based on the estimated amount of drain per unit time of the exhaust drain valve. And a step of draining by controlling opening and closing.
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