JP2019129141A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
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.
燃料電池スタックは、複数の単セルが積層された積層体を有し、この積層体内には、反応ガスが流れる反応ガス流路と冷却水が流れる冷却水流路とが形成されている。この冷却水流路内に気泡が滞留していると、燃料電池スタックの冷却効率が低下して発電効率が低下する場合がある。このため特許文献1では、冷却水流路に冷却水を供給するポンプの回転速度を変更することにより、冷却水流路から気泡を排出している。
The fuel cell stack has a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked, and in the stacked body, a reaction gas flow path through which a reaction gas flows and a cooling water flow path through which cooling water flows are formed. If air bubbles remain in the cooling water flow path, the cooling efficiency of the fuel cell stack may decrease and the power generation efficiency may decrease. For this reason, in
このように気泡が滞留した場合には、その原因に応じて適切な対処を行うことが望ましいが、気泡の滞留の原因を判定することは従来行われていなかった。 When air bubbles stay in this way, it is desirable to take appropriate measures depending on the cause, but determining the cause of air bubble retention has not been performed conventionally.
本発明は、燃料電池スタックの冷却水流路内での気泡の滞留の原因を判定する燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system that determines the cause of the retention of bubbles in a cooling water flow path of a fuel cell stack.
上記目的は、複数の単セルが積層され一端側の前記単セルは他端側の前記単セルよりも重力方向の上方側に位置している積層体、前記積層体内に形成された反応ガス流路、前記積層体内に形成され他端側の前記単セル側から一端側の前記単セル側に延びて再び他端側の前記単セル側に延びた冷却水流路、を有した燃料電池スタックと、冷却水を前記冷却水流路に供給するポンプと、反応ガスを前記反応ガス流路に供給する供給装置と、前記冷却水流路内での気泡の滞留の有無を判定する気泡判定部と、前記気泡判定部により気泡の滞留が有ると判定された場合に気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであるか否かを判定する原因判定部と、を含む制御装置と、を備えた燃料電池システムによって達成できる。 The above object is a laminated body in which a plurality of unit cells are stacked and the unit cell on one end side is positioned on the upper side in the direction of gravity than the unit cell on the other end side; A fuel cell stack having a passage, a cooling water flow path formed in the stacked body, extending from the unit cell side on the other end side to the unit cell side on the one end side and extending again to the unit cell side on the other end side; A pump for supplying cooling water to the cooling water flow path, a supply device for supplying a reaction gas to the reaction gas flow path, an air bubble determination unit for determining presence or absence of air bubbles in the cooling water flow path, A cause determination unit that determines whether or not the cause of the bubble retention is a leak of the reaction gas from the reaction gas flow path when it is determined by the bubble determination unit that there is a bubble retention; and The present invention can be achieved by a fuel cell system provided with.
気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークではないと判定された場合に、滞留した気泡を前記冷却水流路から除去する除去装置を備えていてもよい。 If it is determined that the cause of the bubble retention is not a leak of the reaction gas from the reaction gas flow passage, a removal device may be provided to remove the staying bubble from the cooling water flow passage.
前記除去装置は、回転速度を増減して前記冷却水流路から気泡を排出する前記ポンプであってもよい。 The said removal apparatus may be the said pump which discharges | emits a bubble from the said cooling water flow path by increasing / decreasing a rotational speed.
気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定された場合に警告する警告装置を備えていてもよい。 A warning device may be provided that warns when it is determined that the cause of the bubble retention is leakage of the reaction gas from the reaction gas flow path.
前記原因判定部は、前記ポンプが停止し前記供給装置が反応ガスを前記反応ガス流路に供給している状態で、前記冷却水流路内の圧力の上昇量が所定値以上の場合、及び前記反応ガス流路内の圧力の低下量が所定値以下の場合、の少なくとも何れかの場合に、気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定してもよい。 When the pump is stopped and the supply device supplies the reaction gas to the reaction gas flow path, the cause determining unit is configured to increase the pressure in the cooling water flow path to a predetermined value or more. In at least one of the cases where the pressure decrease amount in the reaction gas flow channel is less than or equal to a predetermined value, it may be determined that the cause of the bubble retention is the leak of the reaction gas from the reaction gas flow channel .
前記原因判定部は、前記供給装置が反応ガスの前記反応ガス流路への供給量を増大した場合に、複数の前記単セルのうち最もセル電圧が低い前記単セルの位置が重力方向下方に移動した場合、及び複数の前記単セルのうち最も温度が高い前記単セルの位置が重力方向下方に移動した場合、の少なくとも何れかの場合に、気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定してもよい。 When the supply device increases the supply amount of the reaction gas to the reaction gas flow path, the cause determining unit determines that the position of the single cell having the lowest cell voltage among the plurality of single cells is directed downward in the direction of gravity. When at least one of the plurality of unit cells and the position of the unit cell having the highest temperature among the plurality of unit cells has moved downward in the direction of gravity, the cause of the bubble retention is from the reaction gas flow path. It may be determined that the reaction gas leaks.
本発明によれば、燃料電池スタックの冷却水流路内での気泡の滞留の原因を判定する燃料電池システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which determines the cause of the retention of the bubble in the cooling water flow path of a fuel cell stack can be provided.
図1は、車両に搭載された燃料電池システム1の概略図である。車両は、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車などである。ただし、燃料電池システム(以下、システムと称する)1は、車両以外の各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボット等)や定置型電源にも適用可能である。システム1は、燃料電池スタック(以下、単にスタックと称する)20、制御装置30、水素ガス供給システム120、空気供給システム140、及び冷却水供給システム160を含む。システム1は、スタック20の発電電力を車両走行用のモータ等に供給する。
FIG. 1 is a schematic view of a
制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたコンピュータであり、イグニッションスイッチ101やアクセルペダルAP等のセンサ入力を受けてシステム1の種々の制御を実行する。また、制御装置30には、車両に搭載されたイグニッションスイッチ101が電気的に接続されており、イグニッションスイッチ101がオンとなることにより制御装置30によりシステム1が起動し、イグニッションスイッチ101がオフとなることにより制御装置30によりシステム1が停止する。また、詳しくは後述するが外気温センサ102により検出された外気温は、制御装置30に出力される。HMI装置103は、詳しくは後述するが、所定の場合に車両の搭乗者に警告をする警告装置の一例である。HMI装置103は、例えば、画像で警告を表示可能なディスプレイ及び音声で警告を出力可能なスピーカの少なくともの一方を含む。
The
スタック20は、固体高分子電解質型であり、複数の単セルが積層され、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)との供給を受けて発電する。スタック20の発電電流及び発電電圧は、それぞれ電流センサ106及び電圧センサ107により検出され、その検出結果は制御装置30に出力される。尚、セルモニタ108については後述する。スタック20には、燃料ガスが流れる燃料ガス流路12、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路14、冷却水が流れる冷却水流路16が形成されている。スタック20の詳細については後述する。
The
水素ガス供給システム120は、スタック20に発電に供する水素を供給する。具体的には、水素ガス供給システム120は、タンク110、水素供給経路121、循環経路122、放出経路123、タンク弁124、圧力調整弁125、噴射弁126、循環ポンプ127、気液分離器128、開閉弁129、及び圧力センサ12Pを備えている。水素ガス供給システム120は、水素ガスをスタック20の燃料ガス流路12に供給する供給装置の一例である。
The hydrogen
水素ガスは、タンク110から水素供給経路121を介してスタック20の燃料ガス流路12に供給される。タンク弁124、圧力調整弁125、及び噴射弁126は、水素供給経路121の上流側から順に設けられている。循環経路122は、スタック20の燃料ガス流路12から排出された燃料オフガスを水素供給経路121に循環させる。水素ガスの供給量は、アクセルペダルAPの操作に基づいて、制御装置30により各種弁の開閉が制御されることによって調整される。
Hydrogen gas is supplied from the
循環ポンプ127及び気液分離器128は、循環経路122上に設けられ、循環ポンプ127は、気液分離器128で分離した燃料オフガスを水素供給経路121に循環させる。気液分離器128で分離した水分と一部の燃料オフガスは、気液分離器128から分岐した放出経路123及び開閉弁129を介して放出経路142に放出される。圧力センサ12Pは、スタック20の出口と気液分離器128との間の循環経路122上に設けられており、スタック20の燃料ガス流路12内での圧力、換言すれば燃料ガス流路12内での燃料ガスの圧力を検出し、その検出結果が制御装置30へ出力される。
The
空気供給システム140は、スタック20に空気を供給する。具体的には、空気供給システム140は、エアコンプレッサ149、空気供給経路141、放出経路142、バイパス弁145、マフラー146、インタークーラ147、バイパス経路148、及び圧力センサ14Pを備えている。空気供給システム140は、酸化剤ガスをスタック20の酸化剤ガス流路14に供給する供給装置の一例である。
The
外部からエアークリーナ144を経て取り込まれた空気は、空気供給経路141を介して、エアコンプレッサ149により圧縮され、インタークーラ147により冷却されて、スタック20の酸化剤ガス流路14に供給される。
The air taken in from the outside through the
空気供給経路141からバイパス経路148が分岐した分岐点に、バイパス弁145が設けられている。バイパス弁145は、スタック20へ供給される空気の流量と、バイパス経路148を介してスタック20をバイパスする空気の流量を調整する。放出経路142は、スタック20の酸化剤ガス流路14から排出された酸化剤オフガスを大気放出する。調圧弁143は、酸化剤オフガスの流量及びカソード側の背圧を調整する。圧力センサ14Pは、酸化剤ガス流路14の出口と調圧弁143との間の放出経路142に設けられており、スタック20での酸化剤ガス流路14内での圧力、換言すれば酸化剤ガス流路14内での酸化剤ガスの圧力を検出し、その検出結果が制御装置30へ出力される。スタック20への空気の供給量も、水素ガスと同様に、アクセルペダルAPの操作に基づいて各種機器が制御装置30に制御されることにより調整される。マフラー146は、放出経路142に設けられて放出経路142を通過する空気により発生する音を低減する。
A
冷却水供給システム160は、冷却水を所定の経路を経て循環させることにより、スタック20を冷却する。具体的には、冷却水供給システム160は、ラジエータ150、ファン152、リザーブタンク154、循環経路161、バイパス経路162、三方弁163、電動式のポンプ164、イオン交換器165、水圧センサ16P、水温センサ16T、及び分配経路169を備える。
The cooling
ポンプ164により圧送される冷却水は、循環経路161を流通し、ファン152による送風によりラジエータ150で熱交換されて冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、スタック20の冷却水流路16に供給されてスタック20が冷却される。水圧センサ16Pは、スタック20の冷却水流路16から排出され循環経路161を流れる冷却水の圧力を検出し、その検出結果が制御装置30に出力される。水圧センサ16Pは、冷却水流路16の出口近傍に設けられているため、実質的に冷却水流路16内の圧力を検出する。水温センサ16Tは、スタック20の冷却水流路16から排出され循環経路161を流れる冷却水の温度を検出する。水温センサ16Tは、スタック20から排出されラジエータ150に流れる前の冷却水の温度を検出し、この冷却水の温度はスタック20の温度と略相関するため、水温センサ16Tは実質的にスタック20の温度を検出している。バイパス経路162は、循環経路161から分岐してラジエータ150をバイパスし、三方弁163は、バイパス経路162を流通する冷却水の流量を調整する。イオン交換器165は、バイパス経路162上に、バイパス経路162を流れる冷却水の一部が流れるように設けられている。
The cooling water pumped by the
ラジエータ150にはリザーブタンク154が接続されている。リザーブタンク154は、冷却水を貯留する大気開放式の容器である。したがって、リザーブタンク154に蓄えている冷却水の液面における圧力は大気圧になる。リザーブタンク154に余剰冷却水を貯留しておくことによって、各流路を循環する冷却水の液量の低下を抑制することができる。リザーブタンク154は、冷却水中に混入した気泡を気液分離する機能を有している。
The
分配経路169は、循環経路161から分岐してインタークーラ147に接続され再び循環経路161に接続されている。これにより、冷却水は分配経路169を介してインタークーラ147に供給され、インタークーラ147を通過する空気がこの冷却水により冷却される。
The
図2は、スタック20を構成する積層体10の模式図である。積層体10は、複数の単セル10−1、10−2…10−nが積層されており、これらの単セルの積層された方向が略重力方向に沿う姿勢で配置されている。換言すれば、積層体10は、一端側の単セル10−1が他端側の単セル10−nよりも重力方向の上方に位置する姿勢で配置されている。これらの単セルはn枚積層されている。単セル10−1は、これら複数の単セルのうち最も重力方向の上方側に位置している。単セル10―nは、これら複数の単セルのうち最も重力方向の下方側に位置している。各単セルは、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)、MEGAを支持する絶縁部材、及びMEGAと絶縁部材を挟持する一対のセパレータを有している。MEGAは、電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ形成された触媒層と、触媒層にそれぞれ接合された一対のガス拡散層とを有している。尚、図示はしていないが、これらの複数の単セルを挟持するように、一対の集電板、一対の絶縁板、及び一対のエンドプレートが配置されている。また、セルモニタ108は、各単セルのセル電圧を検出し、その検出結果を制御装置30に出力する。
FIG. 2 is a schematic view of the
積層体10の内部には上述した冷却水流路16が形成されている。冷却水流路16は、積層体10を積層方向に貫通した冷却水供給マニホールド16a及び冷却水排出マニホールド16b(以下、共に冷却水マニホールドと称する)と、隣接する単セルのセパレータ間で画定される不図示の流路とを含む。冷却水マニホールド16a及び16bは、全ての単セルを貫通するように形成されている。また、冷却水マニホールド16a及び16bは、単セル10―n側に配置されている集電板、絶縁板、及びエンドプレートを貫通して形成されている。冷却水は、上述した循環経路161から冷却水マニホールド16aに流れ、上記の流路を介して冷却水マニホールド16bから循環経路161に排出される。換言すれば、冷却水流路16は、積層体10内に形成され他端側の単セル10−n側から一端側の単セル10−1に延びて再び他端側の単セル10−n側に延びている。このように形成された冷却水流路16内を冷却水が流れることにより、複数の単セルは冷却される。尚、本明細書では、冷却水マニホールド16a及び16bと隣接する単セル間に形成された流路とを全て含めて、積層体10に形成された冷却水流路16と称する。
The cooling
尚、スタック20の燃料ガス流路12も冷却水流路16と構成が類似している。燃料ガス流路12は、積層体10を積層方向に貫通した燃料ガス供給マニホールド及び燃料ガス排出マニホールドと、各単セルの一方のセパレータと膜電極ガス拡散層接合体との間で画定される不図示の流路とを含む。同様に、酸化剤ガス流路14は、積層体10を積層方向に貫通した酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドと、各単セルの他方のセパレータと膜電極ガス拡散層接合体との間で画定される不図示の流路とを含む。これにより、各単セルに燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されスタック20が発電する。
The
制御装置30は、詳しくは後述するが、冷却水流路16内の気泡の滞留を判定する気泡判定処理、原因判定処理の実行の前提条件を確認する原因判定条件確認処理、リークの有無を判定する判定処理、冷却水流路16から気泡を排出する気泡排出処理、気泡排出処理を禁止する気泡排出禁止処理を含む制御を実行する。これらの処理は、制御装置30のCPU、ROM、RAM等により機能的に実現される。以下に制御装置30が実行する制御について説明する。
As will be described in detail later, the
図3は、制御装置30が実行する制御の一例を示したフローチャートである。尚、この制御は所定の周期で繰り返し実行される。最初に、冷却水流路16内に気泡が滞留しているか否かについて判定する気泡判定処理が実行される(ステップS1)。冷却水流路16内に気泡が存在することにより、スタック20が十分に冷却されずに発電効率が低下する可能性があるため、このような気泡判定処理が実行される。気泡判定処理の詳細については後述する。尚、冷却水流路16内に気泡が滞留する原因として、システム1の製造時又はシステム1の冷却水交換時等に冷却水供給システム160内に混入した空気か、燃料ガス流路12及び酸化剤ガス流路14の一方から冷却水流路16へリークした反応ガスが考えられる。例えば燃料ガスが燃料ガス流路12から冷却水流路16へリークする場合とは、スタック20内で燃料ガス流路12と冷却水流路16とをシールするシール部材のシール性が、何らかの理由により悪化したことが考えられる。酸化剤ガスが酸化剤ガス流路14から冷却水流路16へリークする場合も同様である。
FIG. 3 is a flow chart showing an example of control that the
次に、気泡判定処理の結果に基づいて、気泡の滞留が有るか否かが判定される(ステップS3)。ステップS3で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップS3で肯定判定の場合には、原因判定条件が成立したか否かを確認する原因判定条件確認処理が実行される(ステップS5)。次に、原因判定条件確認処理の結果に基づいて、原因判定条件が成立したか否かが判定される(ステップS7)。原因判定条件とは、後述する原因判定処理を実行するために要求される前提条件である。原因判定条件については、詳しくは後述する。ステップS7で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップS7で肯定判定の場合には、原因判定処理が実行される(ステップS9)。原因判定処理では、冷却水流路16内での気泡滞留の原因が反応ガスのリークによるものであるか否かを判定するための処理が実行される。
Next, based on the result of the bubble determination process, it is determined whether or not bubbles remain (step S3). In the case of a negative determination in step S3, this control ends. If the determination in step S3 is affirmative, a cause determination condition confirmation process for confirming whether the cause determination condition is satisfied is executed (step S5). Next, based on the result of the cause determination condition confirmation process, it is determined whether or not the cause determination condition is satisfied (step S7). The cause determination condition is a precondition required to execute a cause determination process described later. The cause determination condition will be described later in detail. In the case of a negative determination in step S7, the present control ends. If the determination in step S7 is affirmative, cause determination processing is executed (step S9). In the cause determination process, a process for determining whether or not the cause of the bubble retention in the cooling
次に、反応ガスのリークが有るか否かが判定される(ステップS11)。ステップS11で否定判定の場合には、ポンプ164の回転速度を増減して冷却水流路16から気泡を排出する気泡排出処理が実行される(ステップS13)。具体的には、ポンプ164の回転速度を所定の時間間隔で高速及び低速に交互に繰り返し切替えることにより、冷却水流路16内での冷却水の流量を増大及び減少が繰り返され、これにより冷却水流路16からの気泡の排出が促進される。冷却水流路16から排出された気泡は循環経路161を介してリザーブタンク154内に導かれて外気へと排出される。これにより冷却水供給システム160内から気泡を排出することができる。ポンプ164は、滞留した気泡を冷却水流路16から除去する除去装置の一例である。従って、冷却水流路16から排出された気泡が再度スタック20の冷却水流路16内に戻されることを抑制でき、スタック20の冷却効率及び発電効率の低下が抑制される。
Next, it is determined whether there is a leak of reaction gas (step S11). In the case of a negative determination in step S11, a bubble discharge process of discharging air bubbles from the cooling
尚、上記の除去装置の一例としてポンプ164を説明したが、これに限定されない。例えば、除去装置として、スタック20を振動させる振動子であってもよい。この振動子は、スタック20を振動させることにより冷却水流路16から気泡を排出することにより除去できる。振動子としては、例えば、超音波振動子であるPZT等の圧電セラミックである。例えば、スタック20のケースの外壁面にこのような振動子を設置し、単セルの位置ずれが生じない程度にスタック20を振動させる。これにより、例えば互いに対向したセパレータの対向面側に形成された凹凸状の流路溝に留まっていた気泡を、冷却水マニホールド16bにまで流すことを促進し、冷却水流路16から気泡を排出することを促進できる。
In addition, although the
ステップS11で肯定判定の場合には、上記の気泡排出処理を禁止する気泡排出禁止処理が実行される(ステップS15)。上述したようにステップS11で肯定判定の場合とは、燃料ガス流路12及び酸化剤ガス流路14の少なくとも一方から冷却水流路16に反応ガスがリークしている状態にある。このため、上述したように気泡排出処理を実行して冷却水流路16から気泡を排出したとしても、再び反応ガスが冷却水流路16にリークして冷却水流路16内に気泡が滞留する可能性がある。この場合、冷却水流路16から気泡を排出するためには、気泡排出処理を繰り返し実行する必要があり、電力消費が増大する。従って本実施例では、反応ガスのリークが有ると判定された場合に気泡排出処理を禁止することにより、気泡排出処理の実行に伴うポンプ164による電力消費を抑制している。
If the determination in step S11 is affirmative, a bubble discharge prohibiting process that prohibits the bubble discharging process is executed (step S15). As described above, in the case of the positive determination in step S11, the reaction gas is leaking from the at least one of the
気泡排出禁止処理の実行後には、警告処理が実行される(ステップS17)。警告処理とは、HMI装置103により車両の搭乗者に警告をする処理であり、例えば、運転者にスタック20の点検や修理を促す画像をHMI装置103の表示画面に表示させる処理である。また、リークが有ると判定された場合に、スタック20の発電やポンプ164の駆動を禁止してもよい。また、リークが有ると判定された場合には、車両の走行モードを退避走行モードに切り替えて、退避走行モードのみで車両の走行を可能としてもよい。退避走行モードとは、スタック20の運転は停止状態で不図示の二次電池により車両を走行できるモードである。ステップS15及びS17の順序は問わない。
After execution of the bubble discharge prohibition process, a warning process is performed (step S17). The warning process is a process of giving a warning to a vehicle occupant by the
尚、上述したように積層体10は一端側の単セル10−1が他端側の単セル10−nよりも重力方向の上方側に位置する。このため、詳しくは後述するが、積層体の積層方向が水平方向となるように配置された場合と比較して、本実施例では冷却水流路16内から気泡が排出されにくい構成となっている。よって、本実施例の気泡排出処理では、ポンプ164の回転速度の上限値が比較的高く設定されており電力消費量も大きい。従って、リークが有ると判定された場合に気泡排出処理を禁止することは、本実施例のように気泡排出処理に伴う電力消費量が大きい場合に適している。
Note that, as described above, in the laminate 10, the single cell 10-1 on one end side is located above the single cell 10-n on the other end side in the gravity direction. For this reason, although it will be described in detail later, compared to the case where the lamination direction of the laminated body is arranged in the horizontal direction, in the present embodiment, air bubbles are hardly discharged from the cooling
次に、上述した気泡判定処理について説明する。図4A〜図4Cは、冷却水流路16内に気泡が存在しない場合の説明図である。図4Aは積層体10を示し、図4Bは各単セルの温度、図4Cは各単セルのセル電圧を示している。図4B及び図4Cの縦軸は、各単セルの積層位置を示しており、縦軸の最も上側の単セルは最も重力方向の上方側に位置する単セル10−1であり、縦軸の最も下側の単セルは最も重力方向の下方側に位置する単セル10−nである。図4Bの横軸は各単セルの温度、図4Cの横軸は各単セルのセル電圧を示している。図4Bの横軸は左側が低温を示し右側が高温を示す。図4Cの横軸は左側が低電圧を示し右側が高電圧を示す。冷却水流路16内に気泡が存在しない場合には、冷却水により各単セルが略均等に冷却され、各単セルの温度も略均一である。これにより、各単セルの発電効率も確保され、各単セルのセル電圧も略均一となり、スタック20全体での発電効率が確保されている。
Next, the above-described air bubble determination process will be described. FIG. 4A to FIG. 4C are explanatory views in the case where there is no air bubble in the cooling
図4D〜図4Fは、冷却水流路16内に気泡が滞留している場合の説明図である。図4D〜図4Fは、それぞれ図4A〜図4Cに対応している。図4Dに示すように冷却水流路16内に気泡が混入すると、浮力により気泡は最も重力方向の上方側に位置する単セル10−1付近にまで移動し、気泡は単セル10−1付近の冷却水マニホールド16a及び16b内や単セル間の流路に滞留する。また、この付近で滞留した気泡が冷却水流路16内から排出されるためには、重力方向に延びた冷却水マニホールド16b内を浮力に逆らって冷却水の圧力により重力方向の下方に気泡が流れる必要があり、積層体10は気泡が排出されにくい構成となっている。例えば、積層体の積層方向が水平方向となる姿勢で設置されている場合には、冷却水マニホールドは水平方向に延びているため、浮力に逆らわずに冷却水の圧力により気泡が排出されやすい。
4D to 4F are explanatory views when bubbles are retained in the cooling
このように本実施例において単セル10−1付近で滞留している気泡の量が増えると、単セル10−1のみならず単セル10−1よりも重力方向の下方側にまで気泡が滞留する。この気泡の存在により気泡周辺の単セルが十分に冷却されずに、気泡周辺での単セルの温度は上昇する。このため、気泡周辺の単セルの電解質膜は乾燥が進行する。これにより、気泡周辺の単セルのセル電圧はそれ以外の単セルのセル電圧よりも低下する。 Thus, when the amount of air bubbles staying near the single cell 10-1 increases in the present embodiment, the air bubbles stay not only in the single cell 10-1 but also below the single cell 10-1 in the direction of gravity. Do. Due to the presence of the bubbles, the single cells around the bubbles are not sufficiently cooled, and the temperature of the single cells around the bubbles rises. For this reason, drying proceeds in the unit cell electrolyte membrane around the bubbles. Thereby, the cell voltage of the single cell around the bubble is lower than the cell voltages of the other single cells.
ここで、図4Fに示すように、最も重力方向の上方側に位置する単セル10−1のセル電圧が最も低いのではなく、それよりもやや下方側にある単セル10−4のセル電圧が最も低くなっている。この理由は、単セル10−1は、積層体10の最も外側に位置しており放熱が促進され、これに伴って単セル10−1やそれに隣接した単セル10−2は冷却されやすいからである。尚、単セル10−4よりも下方側の単セルのセル電圧が回復している理由は、単セル10−4よりも下方側の単セル周辺には気泡が存在しておらず、冷却水による冷却効果が徐々に増大しているからである。 Here, as shown in FIG. 4F, the cell voltage of the unit cell 10-1 located most on the upper side in the direction of gravity is not the lowest, but the cell voltage of the unit cell 10-4 that is slightly lower than that Is the lowest. The reason is that the unit cell 10-1 is located on the outermost side of the laminate 10 and heat radiation is promoted, and along with this, the unit cell 10-1 and the unit cell 10-2 adjacent thereto are easily cooled. It is. The reason why the cell voltage of the unit cell below the unit cell 10-4 is restored is that there is no air bubble around the unit cell below the unit cell 10-4 and the cooling water It is because the cooling effect by is gradually increasing.
気泡判定処理では、上記のような各単セルのセル電圧の特性を考慮して、積層体10の冷却水流路16内での気泡の滞留の有無について判定される。図5は、気泡判定処理の一例を示したフローチャートである。最初に、セルモニタ108により取得された各単セルのセル電圧のうち最も低い最低セル電圧の単セルの位置が、上方側に位置しているか否かが判定される(ステップS101)。具体的には、最低セル電圧の単セルが、単セル10−1から例えば単セル10−(n/10)までの間に位置するか否かが判定される。上述したようにnは単セルの総数を示し、単セル10−(n/10)とは、上方側からの単セルの枚数がn/10枚目に相当する単セルである。
In the bubble determination process, the presence or absence of the stagnation of the bubbles in the cooling
ステップS101で肯定判定の場合には、全単セルのセル電圧の平均である平均セル電圧から最低セル電圧を減算した値が閾値ΔV以上か否かが判定される(ステップS103)。平均セル電圧はセルモニタ108により検出された各単セルのセル電圧の合計値を単セルの総枚数で除算することにより算出してもよいし、電圧センサ107により検出されたスタック20の電圧を単セルの枚数で除算することにより算出してもよい。閾値ΔVは予め制御装置30のROMに記憶されている。
In the case of a positive determination in step S101, it is determined whether the value obtained by subtracting the lowest cell voltage from the average cell voltage, which is the average of the cell voltages of all single cells, is equal to or greater than the threshold ΔV (step S103). The average cell voltage may be calculated by dividing the total value of the cell voltages of each single cell detected by the cell monitor 108 by the total number of single cells, or the voltage of the
ステップS103で肯定判定の場合には、最低セル電圧の単セルと単セル10−1との間の途中に位置する単セルのセル電圧が、最低セル電圧より大きく単セル10−1のセル電圧未満であるか否かが判定される(ステップS105)。ステップS105で肯定判定の場合には、積層体10の冷却水流路16内での気泡の滞留が有ると判定される(ステップS107)。ステップS101、S103、及びS105の何れかで否定判定の場合には、冷却水流路16内での気泡の滞留は無いと判定される(ステップS109)。尚、最低セル電圧の単セルの位置が、所定位置よりも上方側に位置することのみをもって、気泡の滞留が有ると判定してもよい。また、各単セルの温度を検出するセンサを設け、上述したセル電圧に替えて各単セルの温度に基づいて、気泡の滞留が有るか否かを判定してもよい。また、温度が最も低い単セルの位置が、上述した所定位置よりも上方側に位置することのみをもって、気泡の滞留があると判定してもよい。
In the case of an affirmative determination in step S103, the cell voltage of a single cell located midway between a single cell of the lowest cell voltage and the single cell 10-1 is larger than the lowest cell voltage, and the cell voltage of the single cell 10-1. It is determined whether it is less than (step S105). In the case of an affirmative determination in step S105, it is determined that bubbles remain in the cooling
上述したように、気泡の滞留が有ると判定された場合(ステップS3でYes)に、原因判定条件確認処理が実行され(ステップS5)、原因判定条件が成立した場合には(ステップS7でYes)、原因判定処理が実行される(ステップS9)。最初に原因判定条件確認処理について説明する。 As described above, when it is determined that bubbles remain (Yes in Step S3), a cause determination condition confirmation process is executed (Step S5), and when the cause determination condition is satisfied (Yes in Step S7). ) Cause determination processing is executed (step S9). First, the cause determination condition confirmation process will be described.
図6Aは、本実施例での原因判定条件確認処理の一例を示したフローチャートである。最初に、イグニッションスイッチ101からの出力に基づいてイグニッションオフであるか否かが判定される(ステップS51)。本判定の詳細については後述する。ステップS51で肯定判定の場合には、水温センサ16T及び外気温センサ102の検出結果に基づいて冷却水温度が外気温度に至ったか否かが判定される(ステップS53)。例えば、冷却水温度と外気温度との差が略ゼロとみなせる所定の範囲内に含まれる場合に、冷却水温度が外気温度に至ったと判定してもよい。本判定の詳細については後述する。
FIG. 6A is a flowchart illustrating an example of cause determination condition confirmation processing in the present embodiment. First, it is determined whether or not the ignition is off based on the output from the ignition switch 101 (step S51). Details of this determination will be described later. In the case of a positive determination in step S51, it is determined based on the detection results of the
ステップS53で肯定判定の場合には、スタック20の電圧がゼロで有るか否かが判定される(ステップS55)。詳しくは後述するが、イグニッションオフの直後にはスタック20内には燃料ガス及び酸化剤ガスが残留しておりスタック20の電圧がゼロとなるわけではないため、ステップS55の処理が実行される。ステップS55で肯定判定の場合には、原因判定条件が成立したと判定される(ステップS57)。ステップS51、S53、及びS55の何れかで否定判定の場合には、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。
If the determination in step S53 is affirmative, it is determined whether or not the voltage of the
以上のように原因判定条件確認処理の実行された後に原因判定条件が成立したと判定された場合には(ステップS7でYes)、原因判定処理が実行される(ステップS9)。図6Bは、本実施例での原因判定処理の一例を示したフローチャートである。上述したステップS51、S53、及びS55で肯定判定がされた状態で、タンク弁124、圧力調整弁125、及び噴射弁126が制御されて所定量の燃料ガスが燃料ガス流路12に供給される(ステップS91)。タンク弁124、圧力調整弁125、及び噴射弁126は、燃料ガスを燃料ガス流路12に供給する供給部の一例である。
As described above, when it is determined that the cause determination condition is satisfied after the cause determination condition confirmation process is executed (Yes in step S7), the cause determination process is performed (step S9). FIG. 6B is a flowchart showing an example of the cause determination process in the present embodiment. The
次に、所定量の燃料ガスが燃料ガス流路12に供給されてから所定時間経過するまでに、水圧センサ16Pの検出結果に基づいて冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1以上となったか否かが判定される(ステップS93)。閾値A1は、リークの有無を判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで燃料ガスの供給後での冷却水流路16内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。ステップS93で肯定判定の場合、燃料ガス流路12に供給された燃料ガスの一部が冷却水流路16へリークすることにより冷却水流路16内の圧力が上昇したものとして、リークがあると判定される(ステップS95)。ステップS93で否定判定の場合、燃料ガス流路12に供給された燃料ガスは冷却水流路16内の圧力には影響を与えていないものとして、リークは無いと判定される(ステップS97)。
Next, until a predetermined time elapses after a predetermined amount of fuel gas is supplied to the fuel
ステップS51のようにイグニッションがオフであるか否かを判定する理由は以下による。イグニッションオンの状態では、例えばアクセルペダルAPの操作量に基づいてスタック20の要求発電量が切り替えられ、要求発電量に伴いポンプ164の回転速度も調整される。即ち、イグニッションオンの状態では、冷却水流路16内の圧力が変動しやすい状態にある。従って、イグニッションオンの状態で上述したように冷却水流路16内の圧力の上昇量に基づいてリーク判定を行ったとしても、冷却水流路16内の圧力の上昇がポンプ164の回転速度の増大に起因したものなのか燃料ガスのリークに起因したものであるのかを判定できない。このため、リークが無いにもかかわらずポンプ164の回転速度の増大に伴い冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1以上となって、リークが有るものと誤判定される可能性がある。これに対して、イグニッションオフの状態ではポンプ164は停止されるため、冷却水流路16内の圧力はポンプ164の回転速度の影響を受けることがなくなる。従って本実施例では原因判定条件にイグニッションがオフであることを含めることにより、リークの判定精度が向上している。
The reason for determining whether the ignition is off as in step S51 is as follows. In the state of ignition on, for example, the required power generation amount of the
ステップS53のようにイグニッションオフ後に冷却水温度が外気温度と略同じに至ったか否かを判定する理由は以下による。イグニッションがオフにされるとスタック20への発電要求は停止され、スタック20の温度が徐々に低下して最終的には外気温度と略同じとなり、冷却水温度も同様に外気温度と略同じとなる。ここで、スタック20の温度が低下すると積層体10が熱収縮し、これに伴って冷却水流路16の内容積が増大し、冷却水流路16内の圧力は低下する。即ち、スタック20の温度が低下している最中では冷却水流路16内の圧力も低下しやすい状態にある。このような状態で原因判定処理が実行されると、リークが無い場合であっても、リークに伴う冷却水流路16内の圧力の上昇量とスタック20の温度の低下に伴う冷却水流路16内の圧力の低下量とが相殺される可能性がある。この結果、リークが有るにもかかわらずに冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1未満となって、リークが無いものと誤判定される可能性がある。従って本実施例では原因判定条件に冷却水温度が外気温度と略同じに至ったことを含めることにより、リークの判定精度が向上している。尚、本処理の代わりに、冷却水温度の変化率が所定の閾値以内となったか否か、換言すれば、冷却水温度が略変化しない状態に至ったか否かを判定してもよい。
The reason for determining whether or not the cooling water temperature has become substantially the same as the outside air temperature after the ignition is turned off as in step S53 is as follows. When the ignition is turned off, the demand for power generation to the
ステップS55のようにイグニッションオフ後にスタック20の電圧がゼロで有るか否かを判定する理由は以下による。上述したようにイグニッションオフ後にはスタック20への発電要求は停止されるが、スタック20内に燃料ガス及び酸化剤ガスが残留している場合がある。この残留した燃料ガス及び酸化剤ガスが反応することにより、イグニッションオフ後であってもスタック20の発電が所定期間継続される場合がある。このように残留した反応ガスによるスタック20の発電の継続中に原因判定処理が実行されると、供給された燃料ガスが残留していた酸化剤ガスとの発電反応により消費される可能性がある。また、燃料ガスが電解質膜を透過して酸化剤ガス流路14へと流れる所謂クロスリークが発生して、酸化剤ガス流路14内で燃料ガスと残留した酸化剤ガスとが反応することにより燃料ガスが消費される可能性がある。何れの原因によっても、燃料ガスの燃料ガス流路12からのリークが有る場合であっても、燃料ガスの冷却水流路16へのリーク量が低下して冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1未満となり、リークが無いものと誤判定される可能性がある。従って本実施例では原因判定条件にスタック20の電圧がゼロであることを含めることにより、リークの判定精度が向上している。尚、本処理の代わりに、スタック20の電圧の変化率が所定の閾値以下となったか否かを判定してもよい。
The reason for determining whether or not the voltage of the
上記実施例においてステップS53及びS55の順序は問わない。また、ステップS53の処理は必須ではない。この理由は、イグニッションオフ後でのスタック20の温度は比較的長時間かけて低下する場合もあり、この場合には、スタック20の温度の低下中であっても、燃料ガスのリークに起因した冷却水流路16内の圧力の上昇には大きな影響を与えず、リークの判定精度に大きな影響を与えない場合もあるからである。
In the above embodiment, the order of steps S53 and S55 does not matter. Moreover, the process of step S53 is not essential. The reason is that the temperature of the
次に上記制御の複数の変形例について説明する。尚、変形例において、上記実施例と同一の処理については説明を省略する。図7は、原因判定条件確認処理の変形例を示したフローチャートである。上述したステップS51の後に、圧力センサ14Pの検出結果に基づいて酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下で有るか否かが判定される(ステップS55a)。閾値α1は、酸化剤ガス流路14内に残留していた酸化剤ガスが消失したとみなすことができる値であり、予め実験により取得され制御装置30のROMに記憶されている。即ち、イグニッションオフ後に酸化剤ガス流路14内の圧力が徐々に低下して略一定となったか否かが判定される。ステップS55aで肯定判定の場合、原因判定条件は成立したと判定され(ステップS57)、ステップS55aで否定判定の場合、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。
Next, a plurality of variations of the above control will be described. In the modification, the description of the same processing as that of the above embodiment will be omitted. FIG. 7 is a flowchart showing a variation of the cause determination condition confirmation process. After step S51 described above, it is determined based on the detection result of the
ステップS55aのようにイグニッションオフ後に酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下で有るか否かを判定する理由は以下による。上述したようにイグニッションオフの直後では酸化剤ガス流路14内に酸化剤ガスが残留している場合があり、この場合に冷却水流路16に燃料ガスを供給しても、上述したようにクロスリークが発生して、燃料ガスの燃料ガス流路12からのリークが有るにもかかわらずにリークは無いものとして誤判定される可能性がある。従って本変形例では原因判定条件に酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下であることを含めることにより、リークの判定精度が向上している。尚、イグニッションオフ後に酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下となった状態では、燃料ガス流路12内に残留していた燃料ガスは既に消費されており燃料ガス流路12内の圧力は略一定とみなすことができる。このため、酸化剤ガス流路14内に燃料ガスを供給しても、リークの判定精度には影響を与えない。尚、本変形例においても原因判定条件に上述したステップS53を含めてもよい。
The reason why it is determined whether or not the rate of change in the pressure in the oxidant
図8Aは、原因判定条件確認処理の変形例を示したフローチャートである。図8Bは、原因判定処理の変形例を示したフローチャートである。本変形例での原因判定条件確認処理及び原因判定処理では、上述した場合と異なり、イグニッションがオンであってスタック20の発電中に実行されることを前提としている。図8Aに示すように、冷却水流路16内の圧力の変化率が閾値α2以下で有るか否かが判定される(ステップS55b)。閾値α2は、リークが有る状態で後述する燃料ガスの供給量を増量させた場合に、冷却水流路16内の圧力の上昇を検出できる程度の値であり、予め実験により取得され制御装置30のROMに記憶されている。冷却水流路16内の圧力の変化率が閾値α2以下の場合とは、例えばアイドル運転状態等のスタック20への要求発電量の変動率が小さい場合である。このような場合にはポンプ164の回転速度も略一定であるため、冷却水流路16内の圧力の変化率が閾値α2以下となりやすい。ステップS55bで肯定判定の場合、原因判定条件は成立したと判定される(ステップS57)。ステップS55bで否定判定の場合、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。
FIG. 8A is a flowchart showing a variation of the cause determination condition confirmation process. FIG. 8B is a flowchart showing a variation of the cause determination process. Unlike the case described above, the cause determination condition confirmation process and the cause determination process in the present modified example presuppose that the ignition is on and the process is performed during the power generation of the
また、本変形例での原因判定処理では、図8Bに示すように燃料ガスの供給量が、燃料ガス流路12内の圧力が冷却水流路16内の圧力よりも高くなるように、スタック20への要求発電量に応じて予め定められている燃料ガスの供給量から所定量分だけ増量される(ステップS91b)。次に、燃料ガスの供給量が増量されてから所定時間経過するまでに、水圧センサ16Pの検出結果に基づいて冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A2以上となったか否かが判定される(ステップS93b)。閾値A2は、リークが有るか否かを判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで燃料ガスの供給量の増量後での冷却水流路16内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。尚、本変形例でリークが有ると判定された場合には、スタック20の発電を強制的に停止してもよい。
Further, in the cause determination process according to the present modification, as shown in FIG. 8B, the
尚、上記のステップS93bの処理の代わりに以下のような処理を実行してもよい。最初に、リークが無い正常状態でのポンプ164の回転速度と冷却水温度と冷却水流路16内の圧力との関係を規定したマップを参照して、リークが無い正常状態での冷却水流路16内での圧力(正常圧力と称する)を算出する。正常圧力は、ポンプ164の回転速度が速いほど増大し、冷却水温度が高いほど低下する。次に、水圧センサ16Pにより検出された冷却水流路16内の実際の圧力(実圧力と称する)から正常圧力を減算した値が、所定の閾値以上か否かが判定される。肯定判定の場合には、実圧力が燃料ガスの供給量の増量により正常圧力よりも大きく上昇したものとしてリークが有ると判定される。否定判定の場合には、実圧力は正常圧力に略等しいものとしてリークは無いと判定される。
Note that the following processing may be executed instead of the processing in step S93b. First, referring to the map defining the relationship between the rotational speed of the
尚、図8A及び図8Bに示した変形例では、イグニッションオンの状態で実行されるため、本変形例での気泡排出禁止処理は、ポンプ164への電力供給を停止することにより実行される。このため、ポンプ164による電力消費が抑制される。尚、ポンプ164への電力供給が停止されると共に、スタック20の発電も停止される。また、本変形例での気泡排出禁止処理では、ポンプ164の回転速度の上限ガード値を、リークは無いと判定された場合での上限ガード値よりも小さい値に設定することにより実行されてもよい。これにより、気泡排出処理に伴うポンプ164の電力消費が抑制される。尚、リークが有ると判定された場合に切り換えられる上限ガード値は、気泡排出処理が実行される場合でのポンプ164の最大回転速度よりも遅い値に設定されている。
In the modification shown in FIGS. 8A and 8B, since the ignition is executed in an on state, the bubble discharge prohibiting process in this modification is executed by stopping the power supply to the
図9は、原因判定処理の変形例を示したフローチャートである。本変形例では、図6Aや図7に示したように、イグニッションがオフであることが原因判定条件に含まれる場合を前提としている。ステップS91の実行後の所定期間内での燃料ガス流路12内の圧力の低下量が閾値A3以上で有るか否かが判定される(ステップS93c)。閾値A3は、リークが有るか否かを判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで燃料ガスの供給後での燃料ガス流路12内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。燃料ガスの供給中は燃料ガス流路12内の圧力は上昇するが、供給の停止後ではリークが無い場合は燃料ガス流路12内の圧力の低下量は小さいが、リークが有る場合には燃料ガス流路12内の圧力の低下量は大きくなる。このように冷却水流路16内の圧力の上昇量ではなく、燃料ガス流路12内の圧力の低下量に基づいてリークを判定できる。尚、ステップS93及びS93cの双方で肯定判定の場合にのみリークが有ると判定してもよい。これにより、リークの判定精度が向上している。
FIG. 9 is a flowchart showing a variation of the cause determination process. In this modification, as shown in FIGS. 6A and 7, it is assumed that the cause determination condition includes that the ignition is off. It is determined whether the amount of decrease in pressure in the fuel
図10Aは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。本変形例は、図6Aや図7に示した原因判定条件を前提としている。上述した原因判定処理と異なり、燃料ガスを燃料ガス流路12に供給するのではなく、エアコンプレッサ149等が制御されて所定量の酸化剤ガスが酸化剤ガス流路14に供給される(ステップS91d)。エアコンプレッサ149は、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路14に供給するための供給部の一例である。次に、上述した場合と同様にステップS93の処理が実行される。酸化剤ガス流路14から冷却水流路16への酸化剤ガスのリークが有る場合には、冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1以上となり、リークが有ると判定される。このように、酸化剤ガスの供給により酸化剤ガス流路14と冷却水流路16との間のシール性の低下に起因したリークが有るか否かを判定できる。
FIG. 10A is a flowchart of a variation of the cause determination process. This modification is based on the cause determination conditions shown in FIGS. 6A and 7. Unlike the above-described cause determination process, instead of supplying the fuel gas to the fuel
図10Bは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。本変形例は、図6Aや図7に示した原因判定条件を前提としている。所定量の酸化剤ガスが酸化剤ガス流路14に供給された後(ステップS91d)、酸化剤ガス流路14内の圧力の低下量が閾値A4以上で有るか否かが判定される(ステップS93d)。閾値A4は、リークが有るか否かを判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで酸化剤ガスの供給後での酸化剤ガス流路14内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。酸化剤ガスの供給中は酸化剤ガス流路14内の圧力は上昇するが、供給の停止後ではリークが無い場合は酸化剤ガス流路14内の圧力の低下量は小さいが、リークが有る場合には酸化剤ガス流路14内の圧力の低下量は大きくなる。尚、ステップS93及びS93dの双方で肯定判定の場合にのみリークが有ると判定してもよい。尚、図10A及び図10Bの変形例では、燃料ガス流路12内に燃料ガスがほとんどない状態でスタック20に酸化剤ガスが供給される。このため、スタック20は水素欠乏状態となってスタック20の発電性能に影響を与える可能性がある。従って、図10A及び図10Bの変形例では、リークが有る可能性が高いと考えられる場合や、タンク110内の燃料ガス量の残量が略ない場合に実行してもよい。
FIG. 10B is a flowchart of a modification of the cause determination process. This modification is premised on the cause determination condition shown in FIG. 6A and FIG. After the predetermined amount of the oxidant gas is supplied to the oxidant gas flow channel 14 (step S91 d), it is determined whether the amount of pressure reduction in the oxidant
図11Aは、原因判定条件確認処理の変形例のフローチャートである。図11Bは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。尚、図11Bの原因判定処理は、図11Aの原因判定条件確認処理を前提としている。スタック20の電圧がゼロ以外で有るか否かが判定される(ステップS51e)。即ち、スタック20が発電中で有るか否かが判定される。ステップS51eで肯定判定の場合には、スタック20の電圧の変化率が閾値α3以下で有るか否かが判定される(ステップS55e)。即ち、スタック20は発電中ではあるが発電量は略一定で有るか否かが判定される。ステップS55eで肯定判定の場合には、原因判定条件が成立したと判定される(ステップS57)。ステップS51e及びS55eの何れかで否定判定の場合には、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。
FIG. 11A is a flowchart of a variation of the cause determination condition confirmation process. FIG. 11B is a flowchart of a variation of the cause determination process. The cause determination process of FIG. 11B is premised on the cause determination condition confirmation process of FIG. 11A. It is determined whether the voltage of the
次に、図11Bに示すように、燃料ガスの供給量を所定量分だけ増量させる(ステップS91b)。次に、燃料ガスの供給量の増量前後で、セルモニタ108の検出結果に基づいて複数の単セルのセル電圧のうちの最低セル電圧を出力する単セルの位置が重力方向の下方側に移動したか否かが判定される(ステップS93e)。ステップ93eの処理については詳しくは後述する。ステップS93eで肯定判定の場合にはリークがあると判定され(ステップS95)、否定判定の場合にはリークは無いものと判定される(ステップS97)。
Next, as shown in FIG. 11B, the supply amount of the fuel gas is increased by a predetermined amount (step S91b). Next, before and after the increase of the fuel gas supply amount, the position of the single cell that outputs the lowest cell voltage among the cell voltages of the plurality of single cells based on the detection result of the
次に、上述したステップS93eの処理について説明する。図12A〜図12Fは、複数の単セルのセル電圧の変化についての説明図である。尚、図12A〜図12Cは、それぞれ、冷却水流路16内に気泡が滞留している場合を示した図4D〜図4Fに対応している。冷却水流路16内に気泡が滞留した状態で燃料ガスの供給量が増量されると、リークが有る場合には、重力方向の上方側で冷却水流路16内に滞留していた気泡に、燃料ガスの供給量の増量に起因した気泡が更に加わり、図12Dに示すように気泡が増量する。これにより、図12Eに示すように、複数の単セルのうち最も温度の高い単セルの位置は、重力方向の下方側へと移る。これに伴い、図12Fに示すように、最低セル電圧を出力する単セルの位置が重力方向の下方側に移る。ステップS93eでは、このように燃料ガスの増量前後での最低セル電圧を出力する単セルの位置を取得し、取得された増量前の最低セル電圧を出力する単セルよりも増量後の最低セル電圧を出力する単セルの方が重力方向の下方側にあるか否かが判定される。図12C及び図12Fの例では、最低セル電圧を出力する単セルが、単セル10−4から単セル10−6に変化した場合を示している。尚、各単セルの温度を検出するセンサを設けて、燃料ガス又は酸化剤ガスの供給量を増大させた場合に、最も温度が高い単セルの位置が重力方向下方に移動することをもって、リークが有ると判定してもよい。
Next, the process of step S93 e described above will be described. 12A to 12F are explanatory diagrams of changes in cell voltages of a plurality of single cells. 12A to 12C correspond to FIGS. 4D to 4F, respectively, showing the case where bubbles are retained in the cooling
尚、ステップS91bの代わりに酸化剤ガスの供給量を増量してもよい。また、ステップS93eで肯定判定であって、ステップS93bのように冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値よりも高い場合に、リークが有ると判定してもよい。また、ステップS93eで肯定判定であって、燃料ガス流路12内の圧力の低下量が閾値よりも大きい場合に、リークが有ると判定してもよい。
The supply amount of the oxidant gas may be increased instead of step S91 b. Further, it may be determined that there is a leak when the positive determination is made in step S93 e and the amount of increase in pressure in the cooling
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Changes are possible.
1 燃料電池システム
10 積層体
12 燃料ガス流路
12P 圧力センサ
14 酸化剤ガス流路
14P 圧力センサ
16 冷却水流路
16P 水圧センサ
20 燃料電池スタック
30 制御装置(気泡判定部、原因判定部)
103 HMI装置(警告装置)
120 水素ガス供給システム(供給装置)
124 タンク弁
125 圧力調整弁
126 噴射弁
140 空気供給システム(供給装置)
149 エアコンプレッサ
160 冷却水供給システム
164 ポンプ
DESCRIPTION OF
103 HMI device (warning device)
120 Hydrogen gas supply system (supply unit)
124
149
Claims (6)
冷却水を前記冷却水流路に供給するポンプと、
反応ガスを前記反応ガス流路に供給する供給装置と、
前記冷却水流路内での気泡の滞留の有無を判定する気泡判定部と、前記気泡判定部により気泡の滞留が有ると判定された場合に気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであるか否かを判定する原因判定部と、を含む制御装置と、
を備えた燃料電池システム。 A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked and the unit cell on one end side is positioned on the upper side in the direction of gravity than the unit cell on the other end side, a reaction gas flow path formed in the stack, the stack A fuel cell stack having a cooling water flow path formed in the body and extending from the unit cell at the other end to the unit cell at the one end and again extending to the unit cell at the other end;
A pump for supplying cooling water to the cooling water flow path;
A supply device for supplying a reaction gas to the reaction gas flow path;
A bubble determination unit that determines whether or not bubbles remain in the cooling water flow path, and the reaction from the reaction gas flow path is the cause of the bubble retention when the bubble determination unit determines that bubbles remain. A control unit that includes a cause determination unit that determines whether the gas leaks or not;
Fuel cell system equipped with
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