JP2018156743A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can be operated smoothly by detecting a rotational state of a pump, without using an expensive pump including a sensor for detecting a rotational position.SOLUTION: A fuel cell system includes a hydrogen pump 44 being provided in a hydrogen circulation passage 42 connected with a fuel cell 2 and a hydrogen gas supply passage 41, and feeding unreacting hydrogen gas in off-gas from the fuel cell 2 to the hydrogen supply passage 41 by rotating in a prescribed direction, a gas-liquid separator 45 for separating liquid from the off-gas and storing the liquid, an exhaust drain valve 46 provided in the gas-liquid separator 45, and a voltage sensor 21 for measuring an output voltage of the fuel cell 2. A control section 6 opens the exhaust drain valve 46, and, when a voltage difference V2-V1 before and after valve opening, measured based on a detection value from the voltage sensor 21, is below a preset value Vs, determines that the hydrogen pump 44 is rotating in a direction opposite to the prescribed direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

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.

燃料電池システムは、ポンプを駆動させることで、燃料電池から排出されるオフガス中の未反応の水素ガスを再度燃料電池へ送り込んで燃料として利用する水素循環経路を有している。この水素循環経路を有する燃料電池システムとして、レゾルバなどの回転位置を検出するセンサを備えないセンサレスの電動機で駆動するポンプを用い、センサ劣化による制御破綻を回避するものがある(例えば、特許文献1参照)。   The fuel cell system has a hydrogen circulation path in which unreacted hydrogen gas in the off-gas discharged from the fuel cell is sent again to the fuel cell and used as fuel by driving the pump. As a fuel cell system having this hydrogen circulation path, there is a fuel cell system that uses a pump driven by a sensorless electric motor that does not have a sensor for detecting a rotational position such as a resolver and avoids control failure due to sensor deterioration (for example, Patent Document 1). reference).

特開2004−152729号公報JP 2004-152729 A

ところで、センサレスの電動機で駆動するポンプは、回転位置を検出するセンサがないことから、この種のポンプを制御する場合には、ポンプ内のモータの制御に必要な回転数などを推定する。回転数の推定方法としては、モータの回転による誘導起電力を利用して推定演算する方法などがあるが、モータの回転が一方向であることを前提としたポンプでは、推定値が正の値としてのみ扱われ、回転方向は判断できないのが一般的である。このため、ポンプが逆回転しているか否かなどの回転状態を検出して円滑に水素ガスの循環制御を行うことが困難となるおそれがある。   By the way, since a pump driven by a sensorless electric motor does not have a sensor for detecting a rotational position, when controlling this type of pump, the number of rotations required for controlling a motor in the pump is estimated. As a method of estimating the rotation speed, there is a method of performing an estimation calculation using an induced electromotive force due to the rotation of the motor. However, in a pump on the assumption that the rotation of the motor is in one direction, the estimated value is a positive value. In general, the rotation direction cannot be determined. For this reason, it may be difficult to detect the rotation state such as whether the pump is rotating in reverse and to smoothly control the circulation of hydrogen gas.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、回転位置を検出するセンサを備えた高価なポンプを用いることなく、ポンプの回転状態を検出して円滑に運転することが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a fuel cell system that can smoothly operate by detecting the rotational state of a pump without using an expensive pump having a sensor that detects a rotational position. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池へ燃料ガスを供給する供給経路と、
前記燃料電池と前記供給経路とに接続された循環経路と、
前記循環経路に設けられ、所定方向へ回転することで前記燃料電池から排出されるオフガス中の未反応の前記燃料ガスを前記供給経路へ送り込むポンプと、
前記循環経路に設けられ、前記オフガスから液体を分離して貯留する気液分離器と、
前記気液分離器に設けられ、開弁されることで貯留された液体及び前記オフガスの少なくとも一部を排出する排気排水弁と、
前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧センサと、
を備えた燃料電池システムであって、
前記排気排水弁を開弁させることで、前記電圧センサからの検出値に基づいて前記排気排水弁の開弁前後における前記燃料電池の出力電圧の電圧差を測定し、前記電圧差が、予め設定された所定値以下である場合に、前記ポンプが前記所定方向と逆方向に回転していると判定する制御部を備える。
In order to achieve the above object, the fuel cell system of the present invention comprises:
A fuel cell;
A supply path for supplying fuel gas to the fuel cell;
A circulation path connected to the fuel cell and the supply path;
A pump that is provided in the circulation path and that feeds the unreacted fuel gas in the off-gas discharged from the fuel cell to the supply path by rotating in a predetermined direction;
A gas-liquid separator that is provided in the circulation path and separates and stores the liquid from the off-gas;
An exhaust / drain valve that is provided in the gas-liquid separator and discharges at least a part of the stored liquid and the off-gas by being opened;
A voltage sensor for measuring the output voltage of the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
By opening the exhaust drain valve, the voltage difference of the output voltage of the fuel cell before and after opening the exhaust drain valve is measured based on the detection value from the voltage sensor, and the voltage difference is preset. A controller that determines that the pump is rotating in a direction opposite to the predetermined direction when the value is equal to or less than the predetermined value.

この構成の燃料電池システムによれば、制御部が、排気排水弁を開弁させることで、電圧センサからの検出値に基づいて排気排水弁の開弁前後の電圧差が予め設定された所定値以下である場合に、ポンプが逆回転していると判定する。このように、燃料電池の出力電圧を検出するために元々備わっている電圧センサの検出値に基づいて制御部がポンプの逆回転を判定するので、回転位置を検出するセンサを備えた高価なポンプを用いることなく、ポンプの回転状態を検出して円滑に運転することができる。   According to the fuel cell system of this configuration, the control unit opens the exhaust drainage valve, so that the voltage difference before and after opening the exhaust drainage valve is set based on the detected value from the voltage sensor. When it is below, it is determined that the pump is rotating in the reverse direction. Thus, since the control unit determines the reverse rotation of the pump based on the detection value of the voltage sensor originally provided for detecting the output voltage of the fuel cell, an expensive pump having a sensor for detecting the rotational position Without using the pump, it is possible to detect the rotational state of the pump and operate smoothly.

本発明の燃料電池システムによれば、回転位置を検出するセンサを備えた高価なポンプを用いることなく、ポンプの回転状態を検出して円滑に運転することが可能な燃料電池システムを提供できる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to provide a fuel cell system capable of detecting the rotational state of the pump and operating smoothly without using an expensive pump having a sensor for detecting the rotational position.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 制御部による回転状態判定処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the rotation state determination process by a control part. 水素ポンプが逆回転している際の排気排水弁の開閉による出力電圧の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the output voltage by opening and closing of the exhaust drain valve when the hydrogen pump is rotating backward.

次に、本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態を説明する。以下、この燃料電池システムを燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶,航空機,電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。   Next, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described. Hereinafter, the case where this fuel cell system is applied to an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described. However, the present invention is not limited to such an application example, and is applicable to all moving objects such as ships, airplanes, trains, and walking robots. For example, the present invention can be applied to a stationary power generation system in which a fuel cell is used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1は、反応ガスである酸化ガスおよび燃料ガスである水素ガスの供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池2と、酸化ガスとしての空気を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池2に供給する水素ガス配管系4と、システム全体を統括制御する制御部6とを有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a fuel cell 2 that generates electric power by an electrochemical reaction upon receiving supply of an oxidizing gas that is a reactive gas and a hydrogen gas that is a fuel gas. It has an oxidizing gas piping system 3 that supplies air as gas to the fuel cell 2, a hydrogen gas piping system 4 that supplies hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell 2, and a control unit 6 that performs overall control of the entire system. .

燃料電池2は、例えば、高分子電解質型の燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面にカソード極(空気極)を有し、他方の面にアノード極(燃料極)を有し、さらにカソード極およびアノード極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。   The fuel cell 2 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and has a stack structure in which a large number of single cells are stacked. The single cell has a cathode electrode (air electrode) on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, an anode electrode (fuel electrode) on the other surface, and further sandwiches the cathode electrode and anode electrode from both sides. It has the structure which has a pair of separator. In this case, hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas flow path of one separator, oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas flow path of the other separator, and electric power is generated by the chemical reaction of these reaction gases.

酸化ガス配管系3は、大気中の酸化ガスを取り込んで圧縮してから送出するコンプレッサ31と、酸化ガスを燃料電池2に供給するための空気供給経路32と、燃料電池2から排出された酸化オフガスを排出するための空気排出経路33とを有する。   The oxidizing gas piping system 3 includes a compressor 31 that takes in and compresses the oxidizing gas in the atmosphere, sends it out, an air supply path 32 for supplying the oxidizing gas to the fuel cell 2, and the oxidation exhausted from the fuel cell 2. And an air discharge path 33 for discharging off-gas.

水素ガス配管系4は、水素タンク等の燃料供給源の水素ガスを燃料電池2に供給するための水素供給経路(供給経路)41と、燃料電池2から排出された水素オフガスを水素供給経路41に戻すための水素循環経路(循環経路)42とを有する。   The hydrogen gas piping system 4 includes a hydrogen supply path (supply path) 41 for supplying hydrogen gas from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell 2, and a hydrogen supply path 41 for supplying hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2. A hydrogen circulation path (circulation path) 42 for returning to

水素供給経路41には、インジェクタ48が設けられている。このインジェクタ48の弁が開閉することで、燃料供給源から燃料電池2への水素ガスの供給量の調整が行われる。また、水素供給経路41には、燃料電池2への水素ガスの供給圧を検出する圧力センサ43が設けられている。この圧力センサ43は、水素供給経路41における水素循環経路42の接続箇所よりも燃料電池2側に配置されることで、水素供給経路41における水素循環経路42より下流の位置に設けられている。なお、水素供給経路41には、インジェクタ48に代えて調圧弁を設け、この調圧弁を開閉制御することで、燃料供給源から燃料電池2への水素ガスの供給量の調整を行う構成としてもよい。   An injector 48 is provided in the hydrogen supply path 41. The supply amount of hydrogen gas from the fuel supply source to the fuel cell 2 is adjusted by opening and closing the valve of the injector 48. The hydrogen supply path 41 is provided with a pressure sensor 43 that detects the supply pressure of hydrogen gas to the fuel cell 2. The pressure sensor 43 is provided at a position downstream of the hydrogen circulation path 42 in the hydrogen supply path 41 by being disposed on the fuel cell 2 side of the connection position of the hydrogen circulation path 42 in the hydrogen supply path 41. The hydrogen supply path 41 may be provided with a pressure regulating valve instead of the injector 48, and the opening and closing control of the pressure regulating valve may adjust the amount of hydrogen gas supplied from the fuel supply source to the fuel cell 2. Good.

水素循環経路42には、水素オフガスを加圧して水素供給経路41側へ送り出す水素ポンプ(ポンプ)44が設けられている。また、水素循環経路42には、気液分離器45および排気排水弁46を介して排出経路47が接続されている。気液分離器45は、水素オフガスから液体を回収して貯留する。排気排水弁46は、制御部6からの指令に従って、気液分離器45で貯留された液体及び前記オフガスの少なくとも一部を排出(パージ)する。排気排水弁46から排出された排気は、空気排出経路33内の酸化オフガスと合流する。   The hydrogen circulation path 42 is provided with a hydrogen pump (pump) 44 that pressurizes the hydrogen off gas and sends it to the hydrogen supply path 41 side. In addition, a discharge path 47 is connected to the hydrogen circulation path 42 via a gas-liquid separator 45 and an exhaust drain valve 46. The gas-liquid separator 45 collects and stores the liquid from the hydrogen off gas. The exhaust / drain valve 46 discharges (purges) at least a part of the liquid stored in the gas-liquid separator 45 and the off-gas in accordance with a command from the control unit 6. Exhaust gas discharged from the exhaust drain valve 46 merges with the oxidizing off gas in the air discharge path 33.

水素循環経路42に設けられた水素ポンプ44は、レゾルバなどの回転位置を検出するセンサを備えない電動機を駆動源としたセンサレスのポンプである。このセンサレスの水素ポンプ44を用いることで、低コスト化とともに、センサが劣化することによる制御破綻の回避が可能である。   The hydrogen pump 44 provided in the hydrogen circulation path 42 is a sensorless pump whose drive source is an electric motor that does not include a sensor for detecting the rotational position of a resolver or the like. By using this sensorless hydrogen pump 44, it is possible to reduce the cost and avoid control failure due to deterioration of the sensor.

制御部6は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えば、トラクションモータ等の電力消費装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータの他に、例えば、燃料電池2を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ31や水素ポンプ44等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等が含まれる。   The control unit 6 detects an operation amount of an acceleration operation member (accelerator or the like) provided in the fuel cell vehicle, and provides control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a power consumption device such as a traction motor). In response, the operation of various devices in the system is controlled. In addition to the traction motor, the power consuming device includes, for example, an auxiliary device (for example, the compressor 31 and the hydrogen pump 44) necessary for operating the fuel cell 2, and various devices (shifts) that are involved in traveling of the vehicle. Actuators, wheel control devices, steering devices, suspension devices, etc.), passenger space air conditioners (air conditioners), lighting, audio, and the like.

制御部6には、コンプレッサ31、水素ポンプ44、排気排水弁46およびインジェクタ48等が接続されており、制御部6は、これらのコンプレッサ31、水素ポンプ44、排気排水弁46およびインジェクタ48等を制御する。また、制御部6には、圧力センサ43及び燃料電池2の出力電圧を検出する電圧センサ21が接続されており、これらの圧力センサ43及び電圧センサ21から制御部6へ検出信号が送信される。   The control unit 6 is connected to the compressor 31, the hydrogen pump 44, the exhaust drain valve 46, the injector 48, and the like. The control unit 6 includes the compressor 31, the hydrogen pump 44, the exhaust drain valve 46, the injector 48, and the like. Control. The control unit 6 is connected to a pressure sensor 43 and a voltage sensor 21 that detects the output voltage of the fuel cell 2, and a detection signal is transmitted from the pressure sensor 43 and the voltage sensor 21 to the control unit 6. .

上記構成の燃料電池システム1では、制御部6が要求に応じてインジェクタ48を開閉制御することで、燃料供給源からの水素ガスの供給量を調整して燃料電池2へ供給し、燃料電池2で発電させる。   In the fuel cell system 1 having the above-described configuration, the control unit 6 controls the opening and closing of the injector 48 according to a request, thereby adjusting the supply amount of hydrogen gas from the fuel supply source and supplying it to the fuel cell 2. To generate electricity.

また、上記燃料電池システム1は、センサレスの水素ポンプ44を制御する場合、制御部6は、例えば、制御に必要な回転数などを推定してセンサレスの水素ポンプ44を駆動させる。この水素ポンプ44の回転数は、例えば、電動機の回転による誘導起電力に基づいて演算して推定する。しかし、この回転数の推定方法は、一方向の回転(正の値)のみを前提としているので、回転方向が逆であるかなどの回転状態を判定することはできない。   Further, when the fuel cell system 1 controls the sensorless hydrogen pump 44, the control unit 6 drives the sensorless hydrogen pump 44 by estimating, for example, the number of revolutions necessary for the control. The number of rotations of the hydrogen pump 44 is calculated and estimated based on, for example, an induced electromotive force due to rotation of the electric motor. However, since this rotational speed estimation method is based on only one direction of rotation (positive value), it is impossible to determine the rotational state such as whether the rotational direction is reverse.

このため、本実施形態に係る燃料電池システム1では、制御部6が電圧センサ21からの検出信号に基づいて以下の回転状態判定処理を行うことで、水素ポンプ44の回転状態を判定する。   For this reason, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the controller 6 determines the rotational state of the hydrogen pump 44 by performing the following rotational state determination process based on the detection signal from the voltage sensor 21.

図2は、制御部による回転状態判定処理を説明するフローチャートである。
まず、電圧センサ21からの検出信号に基づいて、燃料電池2の出力電圧を計測し、この計測値を開弁前の出力電圧V1とする(ステップSP1)。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the rotation state determination processing by the control unit.
First, based on the detection signal from the voltage sensor 21, the output voltage of the fuel cell 2 is measured, and this measured value is set as the output voltage V1 before opening the valve (step SP1).

次に、排気排水弁46を駆動させて開弁させる(ステップSP2)。   Next, the exhaust / drain valve 46 is driven to open (step SP2).

排気排水弁46の開弁後に、電圧センサ21からの検出信号に基づいて、燃料電池2の出力電圧を計測し、この計測値を開弁後の出力電圧V2とする(ステップSP3)。   After the exhaust / drain valve 46 is opened, the output voltage of the fuel cell 2 is measured based on the detection signal from the voltage sensor 21, and this measured value is set as the output voltage V2 after the valve is opened (step SP3).

排気排水弁46の開弁後の出力電圧V2と開弁前の出力電圧V1との電圧差V2−V1が予め定めた閾値である所定値Vs以下であるか否かの電圧差判定を行う(ステップSP4)。つまり、V2−V1≦Vsであるか否かを判定する。   A voltage difference determination is made as to whether or not the voltage difference V2-V1 between the output voltage V2 after opening the exhaust / drain valve 46 and the output voltage V1 before opening is equal to or less than a predetermined value Vs that is a predetermined threshold ( Step SP4). That is, it is determined whether V2−V1 ≦ Vs.

この電圧差判定(ステップSP4)の結果、電圧差V2−V1が所定値Vsより大きい(V2−V1>Vs)場合(ステップSP4:No)、水素ポンプ44が逆回転していないとし、排気排水弁46を閉じて(ステップSP5)回転状態判定処理を終了する。   As a result of the voltage difference determination (step SP4), if the voltage difference V2-V1 is larger than the predetermined value Vs (V2-V1> Vs) (step SP4: No), it is assumed that the hydrogen pump 44 is not rotating in reverse, and the exhaust drainage The valve 46 is closed (step SP5), and the rotational state determination process is terminated.

電圧差判定(ステップSP4)の結果、電圧差V2−V1が所定値Vs以下(V2−V1≦Vs)である場合(ステップSP4:Yes)、水素ポンプ44に逆回転が生じていると判定する(ステップSP6)。   As a result of the voltage difference determination (step SP4), when the voltage difference V2-V1 is equal to or less than the predetermined value Vs (V2-V1 ≦ Vs) (step SP4: Yes), it is determined that reverse rotation has occurred in the hydrogen pump 44. (Step SP6).

水素ポンプ44に逆回転が生じていると判定すると(ステップSP6)、排気排水弁46を閉じて(ステップSP7)燃料電池システム1を停止させる(ステップSP8)。   If it is determined that reverse rotation has occurred in the hydrogen pump 44 (step SP6), the exhaust drain valve 46 is closed (step SP7) and the fuel cell system 1 is stopped (step SP8).

ここで、電圧差判定(ステップSP4)での水素ポンプ44の回転方向の判定について説明する。
図3は、水素ポンプが逆回転している際の排気排水弁の開閉による出力電圧の変化を示すグラフである。
Here, the determination of the rotation direction of the hydrogen pump 44 in the voltage difference determination (step SP4) will be described.
FIG. 3 is a graph showing a change in output voltage due to opening / closing of the exhaust / drain valve when the hydrogen pump rotates in the reverse direction.

燃料電池システム1では、水素ポンプ44の回転方向が正常の場合、水素ガスはインジェクタ48を通して燃料電池2に供給される。燃料電池2から排出された未反応の水素ガス(消費されなかった水素ガス)は水素ポンプ44で循環され、インジェクタ48を通して供給される水素ガスと合流して再び燃料電池2に供給される。また、燃料電池2から排出されるオフガスには水素ガス以外の成分(水蒸気や窒素)も含まれるため、これらの水素ガス以外の成分を、排気排水弁46を適切なタイミングで開閉させて排出している。   In the fuel cell system 1, when the rotation direction of the hydrogen pump 44 is normal, hydrogen gas is supplied to the fuel cell 2 through the injector 48. Unreacted hydrogen gas discharged from the fuel cell 2 (hydrogen gas that has not been consumed) is circulated by the hydrogen pump 44, merged with the hydrogen gas supplied through the injector 48, and supplied to the fuel cell 2 again. Further, since the off gas discharged from the fuel cell 2 includes components other than hydrogen gas (water vapor and nitrogen), these components other than hydrogen gas are discharged by opening and closing the exhaust drain valve 46 at an appropriate timing. ing.

これに対して、水素ポンプ44が逆回転している場合、インジェクタ48を通して供給される水素ガスが水素ポンプ44によって水素循環経路42に吸入される。水素循環経路42に吸入された水素ガスは、排気排水弁46が閉じていれば燃料電池2に供給されるが、排気排水弁46が開くと燃料電池2に供給される前に排気されてしまう。   On the other hand, when the hydrogen pump 44 rotates in the reverse direction, the hydrogen gas supplied through the injector 48 is sucked into the hydrogen circulation path 42 by the hydrogen pump 44. The hydrogen gas sucked into the hydrogen circulation path 42 is supplied to the fuel cell 2 when the exhaust drain valve 46 is closed, but is exhausted before being supplied to the fuel cell 2 when the exhaust drain valve 46 is opened. .

このため、図3に示すように、水素ポンプ44が逆回転している状態では、排気排水弁46が開弁することで、燃料電池2に供給される水素ガスが不足し、燃料電池2は、出力電流が一定の定常運転時において、総出力電圧や燃料電池2を構成する積層された複数のセルのセル出力電圧が低下してバラツキが生じる。したがって、燃料電池2の総出力電圧、あるいは複数のセルのうちの特定のセル出力電圧などを判定対象として水素ポンプ44の回転状態を判定することが可能である。なお、判定対象とする特定のセルは、例えば、水素ガスが減った時に影響をうけやすい積層の奥側のセルなどのセル出力電圧が最低となるものなどである。   Therefore, as shown in FIG. 3, when the hydrogen pump 44 is rotating in the reverse direction, the exhaust drain valve 46 is opened, so that the hydrogen gas supplied to the fuel cell 2 is insufficient, and the fuel cell 2 During steady operation where the output current is constant, the total output voltage and the cell output voltages of the stacked cells constituting the fuel cell 2 are reduced to cause variations. Therefore, it is possible to determine the rotation state of the hydrogen pump 44 by using the total output voltage of the fuel cell 2 or a specific cell output voltage among a plurality of cells as a determination target. The specific cell to be determined is, for example, a cell with the lowest cell output voltage, such as a cell on the back side of the stack that is easily affected when hydrogen gas is reduced.

以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム1によれば、制御部6が、排気排水弁46を開弁させることで、電圧センサ21からの検出値に基づいて排気排水弁46の開弁前後の電圧差V2−V1が予め設定された所定値Vs以下である場合に、水素ポンプ44が逆回転していると判定する。このように、制御部6が、燃料電池2の出力電圧を検出するために元々備わっている電圧センサ21の検出値に基づいて、水素ポンプ44の逆回転を判定するので、回転位置を検出するセンサを備えた高価な水素ポンプを用いることなく、水素ポンプ44の回転状態を検出して円滑に運転することができる。   As described above, according to the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the control unit 6 opens the exhaust drain valve 46 so that the exhaust drain valve 46 is based on the detected value from the voltage sensor 21. When the voltage difference V2-V1 before and after the opening is equal to or less than a predetermined value Vs set in advance, it is determined that the hydrogen pump 44 is rotating in reverse. Thus, since the control part 6 determines reverse rotation of the hydrogen pump 44 based on the detected value of the voltage sensor 21 originally provided for detecting the output voltage of the fuel cell 2, the rotational position is detected. Without using an expensive hydrogen pump equipped with a sensor, the rotation state of the hydrogen pump 44 can be detected and smoothly operated.

なお、上記の回転状態判定処理は、出力電圧が大きく変動する燃料電池2の過渡時以外の出力電圧変動が小さいタイミングで実施するのが好ましい。つまり、回転状態判定処理は、例えば、ユーザが運転操作を開始する前の燃料電池システム1の起動直後や出力電圧が安定している定常発電中に行うのが好ましい。   The rotation state determination process is preferably performed at a timing at which the output voltage fluctuation is small except during the transition of the fuel cell 2 where the output voltage varies greatly. That is, it is preferable to perform the rotation state determination process immediately after the start of the fuel cell system 1 before the user starts the driving operation or during steady power generation in which the output voltage is stable.

また、正常に回転している水素ポンプ44が突然逆回転し始めることはないと考えられるため、回転状態判定処理は、上記のタイミングで1回程度実施する頻度でよく、また、バッテリのクリア判定後のみに上記のタイミングのいずれかで1回程度実施してもよい。   In addition, since it is considered that the normally rotating hydrogen pump 44 does not suddenly start reverse rotation, the rotation state determination process may be performed only once at the above timing, and the battery clear determination may be performed. You may carry out about once at any of the above timings only later.

1 燃料電池システム
2 燃料電池
6 制御部
21 電圧センサ
41 水素供給経路(供給経路)
42 水素循環経路(循環経路)
44 水素ポンプ(ポンプ)
45 気液分離器
46 排気排水弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell 6 Control part 21 Voltage sensor 41 Hydrogen supply path (supply path)
42 Hydrogen circulation path (circulation path)
44 Hydrogen pump (pump)
45 Gas-liquid separator 46 Exhaust drain valve

Claims (1)

燃料電池と、
前記燃料電池へ燃料ガスを供給する供給経路と、
前記燃料電池と前記供給経路とに接続された循環経路と、
前記循環経路に設けられ、所定方向へ回転することで前記燃料電池から排出されるオフガス中の未反応の前記燃料ガスを前記供給経路へ送り込むポンプと、
前記循環経路に設けられ、前記オフガスから液体を分離して貯留する気液分離器と、
前記気液分離器に設けられ、開弁されることで貯留された液体及び前記オフガスの少なくとも一部を排出する排気排水弁と、
前記燃料電池の出力電圧を計測する電圧センサと、
を備えた燃料電池システムであって、
前記排気排水弁を開弁させることで、前記電圧センサからの検出値に基づいて前記排気排水弁の開弁前後における前記燃料電池の出力電圧の電圧差を測定し、前記電圧差が、予め設定された所定値以下である場合に、前記ポンプが前記所定方向と逆方向に回転していると判定する制御部を備える、燃料電池システム。
A fuel cell;
A supply path for supplying fuel gas to the fuel cell;
A circulation path connected to the fuel cell and the supply path;
A pump that is provided in the circulation path and that feeds the unreacted fuel gas in the off-gas discharged from the fuel cell to the supply path by rotating in a predetermined direction;
A gas-liquid separator that is provided in the circulation path and separates and stores the liquid from the off-gas;
An exhaust / drain valve that is provided in the gas-liquid separator and discharges at least a part of the stored liquid and the off-gas by being opened;
A voltage sensor for measuring the output voltage of the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
By opening the exhaust drain valve, the voltage difference of the output voltage of the fuel cell before and after opening the exhaust drain valve is measured based on the detection value from the voltage sensor, and the voltage difference is preset. A fuel cell system comprising: a controller that determines that the pump is rotating in a direction opposite to the predetermined direction when the predetermined value is equal to or less than the predetermined value.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114006014A (en) * 2021-10-29 2022-02-01 中汽创智科技有限公司 Airflow control method, system and device for fuel cell
US11444294B2 (en) 2020-03-30 2022-09-13 Honda Motor Co., Ltd. Method of operating fuel cell system
JP2022167389A (en) * 2021-04-23 2022-11-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and flying object
US11799104B2 (en) 2020-03-30 2023-10-24 Honda Motor Co., Ltd. Method of operating fuel cell system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11210672A (en) * 1998-01-22 1999-08-03 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd Pump rotational direction detecting method
JPH11210671A (en) * 1998-01-22 1999-08-03 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd Pump rotational direction detecting method
US20050142409A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-30 Cho Tae-Hee Fuel cell system and control method thereof
JP2006269128A (en) * 2005-03-22 2006-10-05 Daihatsu Motor Co Ltd Fuel cell device
JP2009158247A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2010262805A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2012142145A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Hitachi Maxell Energy Ltd Fuel cell system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11210672A (en) * 1998-01-22 1999-08-03 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd Pump rotational direction detecting method
JPH11210671A (en) * 1998-01-22 1999-08-03 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd Pump rotational direction detecting method
US20050142409A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-30 Cho Tae-Hee Fuel cell system and control method thereof
JP2006269128A (en) * 2005-03-22 2006-10-05 Daihatsu Motor Co Ltd Fuel cell device
JP2009158247A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2010262805A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2012142145A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Hitachi Maxell Energy Ltd Fuel cell system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11444294B2 (en) 2020-03-30 2022-09-13 Honda Motor Co., Ltd. Method of operating fuel cell system
US11799104B2 (en) 2020-03-30 2023-10-24 Honda Motor Co., Ltd. Method of operating fuel cell system
JP2022167389A (en) * 2021-04-23 2022-11-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and flying object
JP7491259B2 (en) 2021-04-23 2024-05-28 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and aircraft
CN114006014A (en) * 2021-10-29 2022-02-01 中汽创智科技有限公司 Airflow control method, system and device for fuel cell
CN114006014B (en) * 2021-10-29 2023-10-31 中汽创智科技有限公司 Airflow control method, system and device for fuel cell

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