JP2020144983A - 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.
燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクを備えるものがある。特許文献1には、複数のタンクの各々から燃料電池までを接続する流路に、各タンクの流路の開閉を切り替える開閉弁が設けられている例が開示されている(特許文献1参照)。
Some fuel cell systems include a plurality of tanks for storing fuel gas used to generate electricity in the fuel cell.
特許文献1の燃料電池システムでは、発電量から計算される水素消費量と、水素圧力の低下量から計算される水素消費量と、の差分に基づいて、各タンクの開閉弁のいずれかに開閉異常があるか否かを検知している。しかし、このような燃料電池システムでは、各タンクの開閉弁のいずれに開異常があるか特定するまでには至っていなかった。このような問題を解決するために、開閉弁に開閉異常がないか判定する燃料電池システムにおいて、各タンクの開閉弁のいずれに開閉異常があるか特定できる技術が望まれている。
In the fuel cell system of
本発明は、上述の課題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。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池および二次電池を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、前記複数のタンクの各々と前記燃料電池との間を接続する供給流路と、前記供給流路に設けられ、前記供給流路内の圧力を測定する圧力測定部と、前記複数のタンクの各々に対して設けられ、前記複数のタンクの各々からの前記燃料ガスの供給と前記供給の停止とを切り替える複数の開閉弁と、前記複数の開閉弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池システムが運転指示を受けていない状態において、前記複数の開閉弁がすべて閉じている全閉状態から前記複数の開閉弁のうち1つの開閉弁に対して一定継続時間開くよう開弁指示をしたのち、前記燃料電池が発電するよう発電指示をして前記供給流路内の圧力を下げる処理を行って、前記全閉状態において前記圧力測定部が測定する第1圧力値と、前記開弁指示をしてから前記一定継続時間経過するまでの間に前記圧力測定部が測定する第2圧力値と、を比較して前記1つの開閉弁の異常の有無について判定して記憶する開閉異常判定を前記複数の開閉弁の各々に対して順に実行し、前記開閉異常判定において前記燃料電池が発電する電力のうち少なくとも一部は、前記二次電池に充電させる。このような形態とすれば、複数の第1開閉弁の各々に対して開閉異常判定が実行されることから、いずれの第1開閉弁に開閉異常があるか特定することができる。また、開閉異常判定において燃料電池により発電された電力は、二次電池に充電されることから、有効に活用される。 (1) According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. This fuel cell system is a fuel cell system including a fuel cell and a secondary cell, and includes a plurality of tanks for storing fuel gas used for power generation of the fuel cell, each of the plurality of tanks, and the fuel cell. A supply flow path connecting between the two, a pressure measuring unit provided in the supply flow path for measuring the pressure in the supply flow path, and a supply flow path provided for each of the plurality of tanks of the plurality of tanks. A plurality of on-off valves for switching between the supply of the fuel gas and the stop of the supply from each, and a control unit for controlling the plurality of on-off valves are provided, and the fuel cell system gives an operation instruction to the control unit. In the unreceived state, the fuel cell is instructed to open one of the plurality of on-off valves for a certain duration from the fully closed state in which all of the plurality of on-off valves are closed. A process of instructing power generation to generate power and lowering the pressure in the supply flow path is performed, and the first pressure value measured by the pressure measuring unit in the fully closed state and the constant after giving the valve opening instruction. By comparing the second pressure value measured by the pressure measuring unit with the second pressure value measured by the pressure measuring unit until the duration elapses, the presence or absence of an abnormality in the one on-off valve is determined and stored. Each of them is executed in order, and at least a part of the power generated by the fuel cell in the opening / closing abnormality determination is charged to the secondary battery. With such a form, since the opening / closing abnormality determination is executed for each of the plurality of first on-off valves, it is possible to identify which first on-off valve has an opening / closing abnormality. Further, the electric power generated by the fuel cell in the opening / closing abnormality determination is charged to the secondary battery, so that it is effectively utilized.
本発明は、燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする車両および船舶などに搭載される燃料電池システム、車両そのもの、船舶そのものなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the fuel cell system, and can be applied to various forms such as a fuel cell system mounted on a vehicle and a ship powered by electric power, the vehicle itself, and the ship itself. is there. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
A.第1実施形態:
図1は、本発明の第1実施形態における燃料電池システム10の構成を示した説明図である。燃料電池システム10は、モータで駆動する車両の電源として車両に搭載される。車両としては、例えば、乗用車やバス等が該当する。燃料電池システム10は、燃料電池50と、レセプタクル100と、充填流路110と、タンクTK1〜TK10と、供給流路200と、制御部300とを備える。燃料電池システム10は、タンクTK1からタンクTK10までの合計10本のタンクを備えている。図1では、タンクTK1と、タンクTK2と、タンクTK10とを図示し、タンクTK3からタンクTK9については、図示を省略している。尚、以降の説明では、10本のタンクを総称する場合には符号「TK」を使用する。
A. First Embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the
燃料電池50は、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノードおよびカソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。燃料電池50は、水素ガスおよび空気の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。
The
レセプタクル100は、燃料ガスである水素ガスの充填口である。レセプタクル100には、燃料ガスの充填時に水素ステーションのノズルが装着される。レセプタクル100は、逆流防止弁105を有する。逆流防止弁105は、充填された燃料ガスの逆流を防止する。
The
充填流路110は、レセプタクル100から充填される燃料ガスをタンクTK1〜TK10に向けて送る。充填流路110は、レセプタクル100からタンクTKに向けて分岐してタンクTKと接続される。充填流路110のうちタンクTK1に向けて分岐した流路部分には、逆止弁CV1が設けられている。逆止弁CV1は、タンクTK1に充填された燃料ガスがレセプタクル100の側へ逆流することを防止する。逆止弁CV2〜CV10は、逆止弁CV1と同様の構成を有する逆止弁であるとともに、充填流路110のうちタンクTK2〜10に向けて分岐した流路部分にそれぞれ設けられている。
The
また、充填流路110には、圧力センサ115が設けられている。圧力センサ115は、充填流路110内の圧力を測定する。
Further, the
タンクTK1は、燃料電池50の発電に用いられる燃料ガスとして水素ガスを貯蔵する。タンクTK2〜TK10は、タンクTK1と同様の構成を有するタンクである。
The tank TK1 stores hydrogen gas as a fuel gas used for power generation of the
供給流路200は、タンクTKと燃料電池50との間を接続し、タンクTKから供給される燃料ガスを燃料電池50に送る。供給流路200は、タンクTK1〜TK10の各々に接続された第1流路Fa1〜Fa10と、第1流路Fa1〜Fa10が合流して燃料電池50に接続された第2流路Fbと、を有する。
The
タンクTK1に対して、タンクTK1からの燃料ガスの供給と該供給の停止とを切り替える第1開閉弁SV1が設けられている。第1開閉弁SV1は、供給される電力に応じて開弁可能な電磁弁である。タンクTK2〜TK10に対しては、タンクTK1と同様、それぞれに対応する第1開閉弁SV2〜SV10が設けられている。第1開閉弁SV2〜SV10は、第1開閉弁SV1と同様の構成を有する電磁弁である。尚、以降の説明では、10個の第1開閉弁を総称する場合には符号「SV」を使用する。 The tank TK1 is provided with a first on-off valve SV1 that switches between supplying fuel gas from the tank TK1 and stopping the supply. The first on-off valve SV1 is a solenoid valve that can be opened according to the supplied electric power. Similar to the tank TK1, the tanks TK2 to TK10 are provided with the corresponding first on-off valves SV2 to SV10. The first on-off valves SV2 to SV10 are solenoid valves having the same configuration as the first on-off valve SV1. In the following description, the reference numeral "SV" is used when the ten first on-off valves are generically referred to.
第2流路Fbには、第2流路Fbの開閉を切り替える第2開閉弁TVが設けられている。また、第2流路Fbのうち第2開閉弁TVよりタンクTK側には、圧力センサ215が設けられている。圧力センサ215は、供給流路200内の圧力を測定する。
The second flow path Fb is provided with a second on-off valve TV for switching the opening and closing of the second flow path Fb. Further, a
制御部300は、燃料電池システム10に備えられた図示しない各種センサから出力される信号を受信するとともに、燃料電池システム10の各部の動作を制御する。制御部300は、第1開閉弁SVおよび第2開閉弁TVを制御する。本実施形態では、第1開閉弁SVおよび第2開閉弁TVの開弁に必要な電力は、図示しない二次電池から供給される。制御部300は、ECU(Electronic Control Unit)により構成されていてもよい。
The
燃料電池システム10は、運転指示を受けていない状態において、第1開閉弁SVがすべて閉じている全閉状態である。ここでいう運転指示を受けていない状態とは、燃料電池システム10が搭載された車両に備えられたイグニッションスイッチがオンにされていない状態のことである。運転指示を受けている状態とは、イグニッションスイッチがオンにされている状態のことである。また、全閉状態においては、第2開閉弁TVも閉じられている。
The
図2は、制御部300が実行する仮開閉異常判定処理を示すフローである。制御部300は、燃料電池システム10が運転指示を受けている状態において、仮開閉異常判定処理を実行する。仮開閉異常判定は、第1開閉弁SVのいずれかに開閉異常があるか否かを判定するために行われる処理である。仮開閉異常判定では、第1開閉弁SV1〜SV10のいずれに開閉異常があるかまでは特定しない。
FIG. 2 is a flow showing a temporary opening / closing abnormality determination process executed by the
仮開閉異常判定処理が開始されると、制御部300は、第1開閉弁SVのいずれかに開閉異常があるか判定する(ステップS10)。制御部300は、燃料電池50の発電量から計算される燃料ガスの消費量と、燃料ガスの圧力の低下量から計算される燃料ガスの消費量と、の差分に基づいて、第1開閉弁SVのいずれかに開閉異常があるか判定する。該判定についての具体的な1例としては、特開2016−85835号公報のうち図3を用いて説明されている駆動判定制御のステップS265が相当する。
When the temporary opening / closing abnormality determination process is started, the
第1開閉弁SVのいずれかに開閉異常があると判定する場合は、(ステップS10:YES)、制御部300は、仮異常がある旨を、制御部300の記憶領域に記憶する(ステップS20)。その後、制御部300は、仮開閉異常判定処理を終了する。第1開閉弁SVのいずれかに開閉異常がないと判定しない場合は、(ステップS10:NO)、制御部300は、仮異常がある旨を制御部300の記憶領域に記憶することなく、仮開閉異常判定処理を終了する。
When it is determined that any of the first on-off valve SVs has an opening / closing abnormality (step S10: YES), the
図3は、制御部300が実行する開閉異常判定処理を示すフローである。制御部300は、燃料電池システム10が運転指示を受けていない状態において、開閉異常判定処理を実行する。開閉異常判定処理は、第1開閉弁SV1〜SV10のいずれに開閉異常があるか特定するために行われる処理である。開閉異常判定処理は、第1開閉弁SV1〜SV10の各々に対して繰り返し実行される。すなわち、開閉異常判定処理は、第1開閉弁の数に応じた回数だけ実行される。本実施形態では、イグニッションスイッチがオフにされてから予め設定された時間が経過したのち、最初の開閉異常判定処理が実行されるとともに、2回目以降の開閉異常判定処理は前回の開閉異常判定処理が終了したのち順次実行される。
FIG. 3 is a flow showing an opening / closing abnormality determination process executed by the
開閉異常判定処理が開始されると、制御部300は、制御部300の記憶領域に、仮異常があると記憶されているか否かを判定する(ステップS110)。
When the open / close abnormality determination process is started, the
制御部300は、仮異常があると記憶されていない場合には(ステップS110:NO)、開閉異常判定処理を終了する。制御部300は、仮異常があると記憶されている場合には(ステップS110:YES)、第1開閉弁SVのうち1つの第1開閉弁に対して一定継続時間開くよう開弁指示する(ステップS120)。ここでいう一定継続時間とは、1つの第1開閉弁が開くことにより供給流路200内に生じる圧力上昇について、圧力センサ215が測定できる程度に供給流路200内の圧力を上昇させることができる時間幅のことである。一定継続時間は1つのタンクの貯蔵量が比較的少ない状態であるときを基準として、実験的に求められる。また、一定継続時間は、第1開閉弁が開かれるタンクの貯蔵量に応じて適宜変更されて運用されてもよい。開弁指示された1つの第1開閉弁は、一定継続時間経過したのちに閉じる。また、第1開閉弁SVのうち1つの第1開閉弁に対して一定継続時間開くよう開弁指示してから(ステップS120)、制御部300は、一定時間経過した後に、第2開閉弁TVに対しても開くよう開弁指示する。
If it is not stored that there is a temporary abnormality (step S110: NO), the
本実施形態では、燃料電池システム10が運転指示を受けていない状態になってから、n(nは、1から10の間の任意の整数)回目の開閉異常判定処理において、開弁指示される第1開閉弁は、第1開閉弁SVnである。他の実施形態では、開弁指示される第1開閉弁は、10回実行される開閉異常判定処理において第1開閉弁SV1〜SV10の各々が開かれるよう開弁指示される限り、任意の順で選択されてもよい。
In the present embodiment, after the
第1開閉弁SVのうち1つの第1開閉弁に対して開弁指示したのち(ステップS120)、制御部300は、燃料電池50が発電するよう発電指示をする(ステップS130)。制御部300は、燃料電池50に空気を供給する図示しないエア供給系に空気を供給するよう指示することによって、燃料電池50に発電を行わせる。燃料電池50の発電によって供給流路200内の燃料ガスが消費されることから、供給流路200内の圧力は下がる。このとき、燃料電池50が発電する電力は、燃料電池システム10に含まれる二次電池(不図示)に充電される。二次電池の充電に空き容量がない場合には、燃料電池システム10を構成する各機器において消費されてもよい。
After instructing one of the first on-off valves SV to open the valve (step S120), the
燃料電池50に発電を行わせたのち(ステップS130)、制御部300は、全閉状態において圧力センサ215が測定する第1圧力値P1と、1つの第1開閉弁に対して開弁指示をしてから一定継続時間経過するまでの間に圧力センサ215が測定する第2圧力値P2と、の差分に基づいて、開弁指示された第1開閉弁の開閉異常の有無について判定する(ステップS140)。より具体的には、制御部300は、第1圧力値P1と第2圧力値P2との差分の絶対値が、閾値Thを超えるか否か判定する。第2圧力値P2とは、1つの第1開閉弁に対して開弁指示をしてから一定継続時間経過するまでの間に圧力センサ215が測定する圧力値において最大値のことである。また、閾値Thは、第1開閉弁が開弁指示に応じて一定継続時間開いていた場合には、該絶対値が超えられる値として設定される。
After causing the
第1圧力値P1と第2圧力値P2との差分の絶対値が、閾値Thを超える場合(ステップS140:YES)、制御部300は、開弁指示された第1開閉弁について開閉異常がないと判定する(ステップS150)。開閉異常がないということは、開弁指示に対して第1開閉弁が開くことができるということである。第1圧力値P1と第2圧力値P2との差分の絶対値が、閾値Th以下である場合(ステップS140:NO)、制御部300は、開弁指示された第1開閉弁について開閉異常があると判定する(ステップS160)。開閉異常があるということは、開弁指示に対して第1開閉弁が開くことができないということである。開閉異常の有無の判定結果は、制御部300に記憶される。開弁指示された第1開閉弁の開閉異常の有無について判定したのち(ステップS150もしくはステップS160)、制御部300は、開閉異常判定処理を終了する。燃料電池50に発電を行わせたのち(ステップS130)、燃料電池50の発電を停止させてから開閉異常判定処理が終了するまでに、第2開閉弁TVは閉じられる。
When the absolute value of the difference between the first pressure value P1 and the second pressure value P2 exceeds the threshold value Th (step S140: YES), the
開閉異常判定処理が繰り返し実行されている間に、イグニッションスイッチがオンにされたとき、もしくは、二次電池が満充電の状態になったときには、開閉異常判定処理は、中止される。そして、次回イグニッションスイッチがオフにされるとき、前回イグニッションスイッチがオフにされたときに開閉異常判定処理が実行されなかった第1開閉弁に対して、開閉異常判定処理が実行される。 If the ignition switch is turned on or the secondary battery is fully charged while the open / close abnormality determination process is being repeatedly executed, the open / close abnormality determination process is stopped. Then, when the ignition switch is turned off next time, the open / close abnormality determination process is executed for the first on-off valve for which the open / close abnormality determination process was not executed when the ignition switch was turned off last time.
図4は、燃料電池システム10が搭載された車両において、イグニッションスイッチがオフにされた後、開閉異常判定処理が実行されてから終了されるまでの時系列変化を例示したタイミングチャートである。図4には、イグニッションスイッチのオンオフ状態と、供給流路200内の圧力と、第1開閉弁SV1〜SV10の開閉指示の状態と、燃料電池50の出力電力と、の時系列変化が示されている。イグニッションスイッチのオンオフ状態は、運転指示を受けている状態と運転指示を受けていない状態とに対応する。第1開閉弁SV1〜SV10の開閉指示の状態は、第1開閉弁SV1〜SV10に対しての指示が開弁指示なのか閉弁指示なのかを示している。図4において、第1開閉弁SV1〜SV10のうち第1開閉弁SV5〜SV9の開閉指示の状態については、図示が省略されている。
FIG. 4 is a timing chart illustrating a time-series change from the execution of the open / close abnormality determination process to the end after the ignition switch is turned off in the vehicle equipped with the
タイミングt1までの間において、イグニッションスイッチは、オン状態が維持されている。このとき、第1開閉弁SV1〜SV10はすべて開いているとともに、燃料電池50は発電を行っている状態である。また、このときの第2開閉弁TVは開いている状態である(不図示)。
The ignition switch is kept on until the timing t1. At this time, the first on-off valves SV1 to SV10 are all open, and the
タイミングt1において、イグニッションスイッチはオフ状態にされる。そして、タイミングt2において、第1開閉弁SV1〜SV10はすべて閉じられる。 At the timing t1, the ignition switch is turned off. Then, at the timing t2, all the first on-off valves SV1 to SV10 are closed.
タイミングt3からタイミングt4までの間において、供給流路200内の圧力が下がる。これは、第1開閉弁SV1〜SV10はすべて閉じられているためにタンクTKから供給流路200側に燃料ガスが新たに供給されなくなった状態において、供給流路200内にある燃料ガスが、燃料電池50の発電によって消費されるからである。このとき、燃料電池50の出力電力は、燃料電池システム10を構成する各機器の停止時の処理において消費される。出力電力のうち少なくとも一部は、二次電池に充電されてもよい。タイミングt3からタイミングt4までの間において、燃料電池50の出力電力は、供給流路200内の圧力が下がることに伴って下がる。タイミングt4において、燃料電池50の出力電力は0Wになるとともに、第2開閉弁TVは閉じられる。
The pressure in the
タイミングt4からタイミングt5までの間において、第1開閉弁SV1〜SV10および第2開閉弁TVは閉じられていることから、燃料電池システム10は全閉状態である。図3において説明した、全閉状態において圧力センサ215が測定する第1圧力値P1とは、この状態において測定される圧力値のことである。
Since the first on-off valves SV1 to SV10 and the second on-off valve TV are closed between the timing t4 and the timing t5, the
タイミングt1からタイミングt5までの間は、イグニッションスイッチがオフにされてから最初の開閉異常判定処理が実行されるまでの時間の長さである、予め設定された時間の長さに相当する。 The period from the timing t1 to the timing t5 corresponds to a preset length of time, which is the length of time from when the ignition switch is turned off until the first open / close abnormality determination process is executed.
タイミングt5において、図4で説明した開閉異常判定処理であって、最初の開閉異常判定処理が開始される。タイミングt5において、開閉異常判定処理のうちステップS120が実行されて、第1開閉弁SV1に対して一定継続時間開くよう開弁指示がされることによって、第1開閉弁SV1が開かれる。第1開閉弁SV1の開弁に伴い、供給流路200内の圧力は上昇する。また、このとき、第2開閉弁TVについても開弁指示がされて、第2開閉弁TVが開かれる(不図示)。
At the timing t5, in the opening / closing abnormality determination processing described with reference to FIG. 4, the first opening / closing abnormality determination process is started. At the timing t5, step S120 of the opening / closing abnormality determination process is executed, and the first on-off valve SV1 is instructed to open for a certain duration, so that the first on-off valve SV1 is opened. With the opening of the first on-off valve SV1, the pressure in the
タイミングt5からタイミングt6までの間は、第1開閉弁SV1に対して開弁指示がされてから一定継続時間経過するまでの間にあたる。図3において説明した第2圧力値P2とは、この期間の間に測定される圧力値のことである。第2圧力値P2が測定されたのち、開閉異常判定処理のうちステップS140が実行されて、開弁指示された第1開閉弁SV1の開閉異常の有無が判定される。 The period from the timing t5 to the timing t6 corresponds to the period from when the first on-off valve SV1 is instructed to open the valve until a certain duration elapses. The second pressure value P2 described in FIG. 3 is a pressure value measured during this period. After the second pressure value P2 is measured, step S140 of the opening / closing abnormality determination process is executed to determine the presence / absence of the opening / closing abnormality of the first on-off valve SV1 instructed to open.
タイミングt6において、第1開閉弁SV1は、一定継続時間経過したことによって閉じられる。また、開閉異常判定処理のうちステップS130が実行されて、燃料電池50による発電が行われて、燃料電池50の出力電力が上昇する。
At the timing t6, the first on-off valve SV1 is closed after a certain duration has elapsed. Further, step S130 of the opening / closing abnormality determination process is executed, power is generated by the
タイミングt6からタイミングt7までの間において、燃料電池50による発電が行われる。このとき、供給流路200内の圧力が下がる。これは、第1開閉弁SV1が閉じられているために供給流路200側に燃料ガスが新たに供給されなくなった状態において、供給流路200内にある燃料ガスが、燃料電池50の発電によって消費されるからである。
Power is generated by the
タイミングt7において、供給流路200内の圧力は、第1開閉弁SV1が開かれる前の状態であるタイミングt5の状態に戻る。また、燃料電池50の出力電力は0Wになるとともに、第2開閉弁TVは閉じられる。
At the timing t7, the pressure in the
タイミングt7からタイミングt8までの間は、最初の開閉異常判定処理から2回目の開閉異常判定処理が行われるまでの間隔である。 The period from the timing t7 to the timing t8 is an interval from the first opening / closing abnormality determination process to the second opening / closing abnormality determination process.
タイミングt8からタイミングt10までの間における、供給流路200内の圧力と、第1開閉弁SV2の開閉状態と、燃料電池50の出力電力と、の時系列変化は、上述したタイミングt5からタイミングt7までの間における、供給流路200内の圧力と、第1開閉弁SV1の開閉状態と、燃料電池50の出力電力と、の時系列変化と同じである。
The time-series changes of the pressure in the
タイミングt10からタイミングt11までの間は、2回目の開閉異常判定処理から3回目の開閉異常判定処理が行われるまでの間隔である。 The period from the timing t10 to the timing t11 is the interval from the second opening / closing abnormality determination process to the third opening / closing abnormality determination process.
タイミングt11からタイミングt13の間に示される実線CL1は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開く場合の供給流路200内の圧力を示す。タイミングt11からタイミングt13の間に示される破線DL1は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合の供給流路200内の圧力を示す。
The solid line CL1 shown between the timing t11 and the timing t13 indicates the pressure in the
タイミングt12からタイミングt13の間に示される実線CL2は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開く場合の燃料電池50の出力電力を示す。タイミングt12からタイミングt13の間に示される破線DL2は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合の燃料電池50の出力電力を示す。
The solid line CL2 shown between the timing t12 and the timing t13 indicates the output power of the
タイミングt11において、3回目の開閉異常判定処理が開始される。タイミングt11において、開閉異常判定処理のうちステップS120が実行されて、第1開閉弁SV3に対して一定継続時間開くよう開弁指示がされる。第1開閉弁SV3が実際に開かれる場合、実線CL1に示されるように、供給流路200内の圧力は変動する。一方、第1開閉弁SV3は、開弁指示に応じて開くことができない場合、破線DL1に示されるように、供給流路200内の圧力は2回目の開閉異常判定処理が終了したt10の状態から変動しない。
At the timing t11, the third open / close abnormality determination process is started. At the timing t11, step S120 of the opening / closing abnormality determination process is executed, and the first opening / closing valve SV3 is instructed to open for a certain duration. When the first on-off valve SV3 is actually opened, the pressure in the
第2圧力値P2は、1つの第1開閉弁に対して開弁指示をしてから一定継続時間経過するまでの間に圧力センサ215が測定する圧力値、すなわち、タイミングt11からタイミングt12までの間に測定される圧力値である。したがって、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合、最初の開閉異常判定処理においてタイミングt5からタイミングt6までの間に測定される第2圧力値P2および2回目の開閉異常判定処理においてタイミングt8からタイミングt9までの間に測定される第2圧力値P2と比べて、3回目の開閉異常判定処理においてタイミングt11からタイミングt12までの間に測定される第2圧力値P2は小さくなる。このため、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合に、3回目の開閉異常判定処理において、ステップS140が実行されて、開弁指示された第1開閉弁SV3の開閉異常の有無が判定されるとき、第1圧力値P1と第2圧力値P2との差分の絶対値が閾値Thを超えないことによって、開弁指示された第1開閉弁SV3について開閉異常があると判定される。
The second pressure value P2 is a pressure value measured by the
タイミングt13以降、第1開閉弁SV4〜SV9の各々に対して開閉異常判定処理が実行される。このとき実行される開閉異常判定処理は、タイミングt5からタイミングt8までの間において第1開閉弁SV1に対して実行される開閉異常判定処理と同じである。 After the timing t13, the opening / closing abnormality determination process is executed for each of the first on-off valves SV4 to SV9. The opening / closing abnormality determination process executed at this time is the same as the opening / closing abnormality determination process executed for the first on-off valve SV1 between the timing t5 and the timing t8.
タイミングt32において、10回目の開閉異常判定処理が開始される。タイミングt32からタイミングt34までの間における、供給流路200内の圧力と、第1開閉弁SV2の開閉指示の状態と、燃料電池50の出力電力と、の時系列変化は、上述したタイミングt5からタイミングt7までの間における、供給流路200内の圧力と、第1開閉弁SV1の開閉状態と、燃料電池50の出力電力と、の時系列変化と同じである。
At the timing t32, the tenth opening / closing abnormality determination process is started. The time-series changes of the pressure in the
図4を用いた説明では、第1開閉弁SV1〜SV10のうち第1開閉弁SV3に開閉異常があると特定することができる。 In the explanation using FIG. 4, it can be identified that the first on-off valve SV3 of the first on-off valves SV1 to SV10 has an opening / closing abnormality.
以上説明した第1実施形態によれば、第1開閉弁SV1〜SV10の各々に対して開閉異常判定処理が実行されることから、いずれの第1開閉弁SV1〜SV1に開閉異常があるか特定することができる。また、燃料電池システム10が運転指示を受けていない状態において開閉異常判定処理が実行されることから、運転指示を受けて燃料電池システム10が稼働している状態において開閉異常判定処理を実行する形態と比べて、燃料電池システム10が搭載された車両の運転手の運転の妨げになることを回避できる。
According to the first embodiment described above, since the opening / closing abnormality determination process is executed for each of the first on-off valves SV1 to SV10, it is specified which of the first on-off valves SV1 to SV1 has an opening / closing abnormality. can do. Further, since the opening / closing abnormality determination process is executed when the
また、開閉異常判定処理を実行時の燃料電池50による発電は、燃料電池システム10が運転指示を受けていない状態において行われる。このため、燃料電池システム10に対する外部からの要請がない状態において燃料電池50は発電できることから、外部からの要請に応じて発電を行う燃料電池と比べて、高効率での発電を実行しやすい。ここでいう効率とは、燃料電池50が発電する場合に、燃料電池50が発電する電力に対する、燃料電池50が発電するために稼働する機器の電力消費の割合のことである。外部からの要請に応じて燃料電池が発電する場合には、効率を優先するのではなく、外部からの要請である要求電力を満たす発電を行わなければならない。一方、外部からの要請がない状態において燃料電池が発電する場合には、効率を優先した発電を実行することができる。
Further, power generation by the
また、開閉異常判定処理において燃料電池50により発電された電力は、二次電池に充電されることから、有効に活用される。
Further, since the electric power generated by the
B.第2実施形態:
図5は、第2実施形態の燃料電池システム10aが搭載された車両において、イグニッションスイッチがオフにされた後、開閉異常判定処理が実行されてから終了されるまでの時系列変化を例示したタイミングチャートである。第2実施形態の燃料電池システム10aでは、第1開閉弁SV1〜SV10に対する10回の開閉異常判定処理のうち最初の処理が開始されてから10回目の処理が終了されるまでの間、第1開閉弁SV1〜SV10のうちいずれかの第1開閉弁に開弁指示が出されている状態になるようを実行する。
B. Second embodiment:
FIG. 5 illustrates the timing of the time-series change from the execution of the open / close abnormality determination process to the end after the ignition switch is turned off in the vehicle equipped with the fuel cell system 10a of the second embodiment. It is a chart. In the fuel cell system 10a of the second embodiment, the first of the 10 times of opening / closing abnormality determination processing for the first on-off valves SV1 to SV10 is started from the first processing to the end of the tenth processing. It is executed so that the valve opening instruction is given to any one of the on-off valves SV1 to SV10.
タイミングT1からタイミングT5までの間における時系列変化は、図4にて説明したタイミングt1からタイミングt5までの間における時系列変化と同じである。 The time-series change between the timing T1 and the timing T5 is the same as the time-series change between the timing t1 and the timing t5 described with reference to FIG.
タイミングT5において、最初の開閉異常判定処理が開始される。タイミングT5において、開閉異常判定処理のうちステップS120が実行されて、第1開閉弁SV1に対して一定継続時間開くよう開弁指示がされることによって、第1開閉弁SV1が開かれる。第1開閉弁SV1の開弁に伴い、供給流路200内の圧力は上昇する。また、このとき、第2開閉弁TVについても開弁指示がされて、第2開閉弁TVが開かれる。第2実施形態では、最初の開閉異常判定処理において開いた第2開閉弁TVは、最後の開閉異常判定処理において、燃料電池50の出力電力が0WになるときのタイミングT16まで閉じられない。
At the timing T5, the first open / close abnormality determination process is started. At the timing T5, step S120 of the opening / closing abnormality determination process is executed, and the first on-off valve SV1 is instructed to open for a certain duration, so that the first on-off valve SV1 is opened. With the opening of the first on-off valve SV1, the pressure in the
タイミングT6において、第1開閉弁SV1は、一定継続時間経過したことによって閉じられる。また、開閉異常判定処理のうちステップS130が実行されて、燃料電池50による発電が行われて、燃料電池50の出力電力が上昇する。また、タイミングT6において、2回目の開閉異常判定処理のうちステップS120が実行されて、第1開閉弁SV2に対して一定継続時間開くよう開弁指示がされることによって、第1開閉弁SV2が開かれる。
At the timing T6, the first on-off valve SV1 is closed after a certain duration has elapsed. Further, step S130 of the opening / closing abnormality determination process is executed, power is generated by the
タイミングT6からタイミングT7までの間において、燃料電池50による発電が行われる。このとき、図4のタイミングt6からタイミングt7までの間では、供給流路200内の圧力は燃料電池50の発電に消費されることによって下がっていたが、図5のタイミングT6からタイミングT7までの間では、供給流路200内の圧力は下がらない。これは、タイミングT6からタイミングT7までの間において、燃料電池50の発電によって消費された分の燃料ガスが、第1開閉弁SV2が開かれたタンクTK2から新たに供給されたためである。
From timing T6 to timing T7, power generation is performed by the
タイミングT7からタイミングT8の間に示される実線CL3は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開く場合の供給流路200内の圧力を示す。タイミングT7からタイミングT8の間に示される破線DL3は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合の供給流路200内の圧力を示す。
The solid line CL3 shown between the timing T7 and the timing T8 indicates the pressure in the
タイミングT8からタイミングT9の間に示される実線CL4は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開く場合の燃料電池50の出力電力を示す。タイミングT8からタイミングT9の間に示される破線DL4は、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合の燃料電池50の出力電力を示す。
The solid line CL4 shown between the timing T8 and the timing T9 indicates the output power of the
タイミングT7においても、第1開閉弁SV2が一定継続時間経過したことによって閉じられるとともに第1開閉弁SV3に開弁指示がされる。このとき、第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開く場合には、実線CL3に示されるように、供給流路200内の圧力は変動しない。第1開閉弁SV3が開弁指示に応じて開くことができない場合には、破線DL3に示されるように、供給流路200内の圧力は下がる。
Also at the timing T7, the first on-off valve SV2 is closed after a certain duration has elapsed, and the first on-off valve SV3 is instructed to open. At this time, when the first on-off valve SV3 opens in response to the valve opening instruction, the pressure in the
このように、第2実施形態では、第1開閉弁SV1〜SV10に対する10回の開閉異常判定処理のうち最初の処理が開始されてから10回目の処理が終了されるまでの間、第1開閉弁SV1〜SV10のうちいずれかの第1開閉弁に開弁指示が出されている状態になるよう制御される。 As described above, in the second embodiment, the first opening / closing of the first opening / closing abnormality determination processing for the first on-off valves SV1 to SV10 is performed from the start of the first processing to the end of the tenth processing. It is controlled so that the first on-off valve of any of the valves SV1 to SV10 is instructed to open.
以上説明した第2実施形態によれば、燃料電池50による発電が継続される。第1実施形態では、10回の開閉異常判定処理を実行される間、第1開閉弁SV1〜SV10のうちいずれの第1開閉弁にも開弁指示が出されていない状態の時間帯があることから、燃料電池50の出力電力が0Wになるときがある。一方、第2実施形態では、10回の開閉異常判定処理を実行される間、第1開閉弁SV1〜SV10のうちいずれかの第1開閉弁に開弁指示が出されている状態であることから、燃料電池50による発電が継続されやすい。すなわち、燃料電池50による発電が断続的にならないことから、高効率での発電状態を継続することができる。高効率で発電された電力は、燃料電池50に空気を供給する図示しないエア供給系に含まれる配管、充填流路110および供給流路200などに対して、配管内の凍結防止のための掃気に用いられてもよい。
According to the second embodiment described above, the power generation by the
また、10回の開閉異常判定処理を実行される間、第1開閉弁SV1〜SV10のうちいずれかの第1開閉弁に開弁指示が出されている状態であることから、燃料ガスがない状態で燃料電池50が発電することを防止することができる。このため、燃料電池50の劣化およびダメージが生じることを抑制できる。
Further, since the valve opening instruction is issued to any one of the first on-off valves SV1 to SV10 while the opening / closing abnormality determination process is executed 10 times, there is no fuel gas. It is possible to prevent the
C.他の実施形態:
上述した第1実施形態では、開閉異常判定処理が実行されるごとに、燃料電池50による発電(ステップS130)が行われていたが、本発明はこれに限られない。例えば、複数回実行される開閉異常判定処理において、予め定められた頻度で燃料電池50による発電(ステップS130)は実行されてもよい。例えば、開閉異常判定処理が3回実行される毎に、そのうちの1回の開閉異常判定処理において燃料電池50による発電(ステップS130)が実行されるということである。
C. Other embodiments:
In the first embodiment described above, power generation by the fuel cell 50 (step S130) is performed every time the opening / closing abnormality determination process is executed, but the present invention is not limited to this. For example, in the opening / closing abnormality determination process executed a plurality of times, the power generation by the fuel cell 50 (step S130) may be executed at a predetermined frequency. For example, every time the opening / closing abnormality determination process is executed three times, power generation by the fuel cell 50 (step S130) is executed in one of the opening / closing abnormality determination processes.
上述した第1実施形態では、開閉異常判定処理が終了するごとに、第2開閉弁TVは閉じられていたが、本発明はこれに限られない。例えば、10回実行される開閉異常判定処理において、最初の開閉異常判定処理において第2開閉弁TVが開かれてから、最後の開閉異常判定処理において、燃料電池50の発電が終了されるまでの間、第2開閉弁TVは閉じられなくてもよい。換言すれば、1回の開閉異常判定処理が実行される毎に、第2開閉弁が開閉されるのではなく、最初の開閉異常判定処理において第2開閉弁が開かれてから最後の開閉異常判定処理において第2開閉弁が閉じられるまでの間、第2開閉弁は継続して開いていてもよいということである。
In the first embodiment described above, the second on-off valve TV is closed each time the opening / closing abnormality determination process is completed, but the present invention is not limited to this. For example, in the open / close abnormality determination process executed 10 times, from the opening of the second on-off valve TV in the first open / close abnormality determination process to the end of power generation of the
上述した実施形態では、開閉異常判定処理において、開閉異常の有無について判定していたが、本発明はこれに限られない。例えば、開閉異常判定処理において、第1開閉弁に開弁指示がされてから供給流路200内の圧力がすぐに上昇しない場合、開弁指示を通常よりも長く継続して該圧力が上昇するか確認することによって、開閉異常の程度について判定を行ってもよい。ここでいう開閉異常の程度とは、第1開閉弁が閉弁している状態で固着することによる開弁のしにくさのことである。
In the above-described embodiment, the presence or absence of an opening / closing abnormality is determined in the opening / closing abnormality determination process, but the present invention is not limited to this. For example, in the opening / closing abnormality determination process, if the pressure in the
本発明は、上述の実施形態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中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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 embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve a part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
10…燃料電池システム、50…燃料電池、100…レセプタクル、105…逆流防止弁、110…充填流路、115…圧力センサ、200…供給流路、215…圧力センサ、300…制御部 10 ... Fuel cell system, 50 ... Fuel cell, 100 ... Receptacle, 105 ... Backflow prevention valve, 110 ... Filling flow path, 115 ... Pressure sensor, 200 ... Supply flow path, 215 ... Pressure sensor, 300 ... Control unit
Claims (1)
前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、
前記複数のタンクの各々と前記燃料電池との間を接続する供給流路と、
前記供給流路に設けられ、前記供給流路内の圧力を測定する圧力測定部と、
前記複数のタンクの各々に対して設けられ、前記複数のタンクの各々からの前記燃料ガスの供給と前記供給の停止とを切り替える複数の開閉弁と、
前記複数の開閉弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池システムが運転指示を受けていない状態において、前記複数の開閉弁がすべて閉じている全閉状態から前記複数の開閉弁のうち1つの開閉弁に対して一定継続時間開くよう開弁指示をしたのち、前記燃料電池が発電するよう発電指示をして前記供給流路内の圧力を下げる処理を行って、前記全閉状態において前記圧力測定部が測定する第1圧力値と、前記開弁指示をしてから前記一定継続時間経過するまでの間に前記圧力測定部が測定する第2圧力値と、を比較して前記1つの開閉弁の異常の有無について判定して記憶する開閉異常判定を前記複数の開閉弁の各々に対して順に実行し、
前記開閉異常判定において前記燃料電池が発電する電力のうち少なくとも一部は、前記二次電池に充電させる、燃料電池システム。 A fuel cell system with a fuel cell and a secondary battery.
A plurality of tanks for storing fuel gas used for power generation of the fuel cell, and
A supply flow path connecting each of the plurality of tanks and the fuel cell,
A pressure measuring unit provided in the supply flow path and measuring the pressure in the supply flow path,
A plurality of on-off valves provided for each of the plurality of tanks and switching between the supply of the fuel gas and the stop of the supply from each of the plurality of tanks.
A control unit that controls the plurality of on-off valves is provided.
The control unit
In a state where the fuel cell system has not received an operation instruction, a valve opening instruction is given to open one of the plurality of on-off valves for a certain duration from a fully closed state in which all of the plurality of on-off valves are closed. After that, a process of instructing the fuel cell to generate power and lowering the pressure in the supply flow path is performed, and the first pressure value measured by the pressure measuring unit in the fully closed state and the opening are performed. An opening / closing abnormality is determined and stored by comparing the second pressure value measured by the pressure measuring unit between the time when the valve is instructed and the time when the certain duration elapses, and whether or not the one on-off valve is abnormal. The determination is executed in order for each of the plurality of on-off valves,
A fuel cell system in which at least a part of the electric power generated by the fuel cell in the opening / closing abnormality determination is charged to the secondary battery.
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