JP2021005534A - Fuel cell system and control method therefor - Google Patents

Fuel cell system and control method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2021005534A
JP2021005534A JP2019120016A JP2019120016A JP2021005534A JP 2021005534 A JP2021005534 A JP 2021005534A JP 2019120016 A JP2019120016 A JP 2019120016A JP 2019120016 A JP2019120016 A JP 2019120016A JP 2021005534 A JP2021005534 A JP 2021005534A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
value
hydrogen
cell stack
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019120016A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
彩香 佐々木
Ayaka Sasaki
彩香 佐々木
悦朗 坂田
Etsuro Sakata
悦朗 坂田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Energy Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2019120016A priority Critical patent/JP2021005534A/en
Priority to CN202080003910.9A priority patent/CN112449731A/en
Priority to PCT/JP2020/025370 priority patent/WO2020262663A1/en
Publication of JP2021005534A publication Critical patent/JP2021005534A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

To provide a fuel cell system capable of improving safety in the case of diluting hydrogen using ventilation.SOLUTION: According to one embodiment, a fuel cell system comprises: a fuel cell stack for generating electricity using hydrogen and oxygen; a ventilation fan for ventilating a housing part that houses the fuel cell stack; a first measuring instrument for measuring a flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack; a second measuring instrument for measuring a value of current output from the fuel cell stack; and a third measuring instrument for measuring a ventilation air flow rate of the ventilation fan. The system further comprises: a first setting unit for setting the upper limit or the lower limit of the flow rate of hydrogen to a value varying depending on the value of current; a second setting unit for setting a limit value of the ventilation air flow rate; a first control unit for stopping power generation of the fuel cell stack when the flow rate of hydrogen deviates the upper limit or the lower limit; and a second control unit for stopping power generation of the fuel cell stack when no deviation occurs but the ventilation air flow rate is smaller then the limit value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a fuel cell system and a control method thereof.

燃料ガスとして水素を使用する燃料電池システムでは、燃料電池システムのパッケージ内の水素濃度を、安全性の観点から所定濃度未満に維持する必要がある。そのため、このような燃料電池システムでは一般に、パッケージ内の水素を希釈するために、換気ファンによりパッケージ内の換気を行っている。 In a fuel cell system that uses hydrogen as a fuel gas, it is necessary to maintain the hydrogen concentration in the package of the fuel cell system below a predetermined concentration from the viewpoint of safety. Therefore, in such a fuel cell system, the inside of the package is generally ventilated by a ventilation fan in order to dilute the hydrogen in the package.

特開平１１−２２４６８１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-224681 特開２００４−１３９８４２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-139842 特開２００４−２８１１３２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-281132

上述した燃料電池システムでは、水素濃度を所定濃度未満に維持できないような大量の水素がパッケージ内に放出される可能性がある場合には、燃料電池システムを安全に停止させることが望ましい。しかしながら、どのような条件が成立すれば、このような大量の水素が放出される可能性があると判断できるかが問題となる。この条件が適切でないと、水素濃度を所定濃度未満に維持することに失敗する可能性や、このような失敗を回避するために大きすぎる換気ファンを設置してしまって換気ファンのコストや動力が過大になる可能性がある。 In the fuel cell system described above, it is desirable to safely shut down the fuel cell system when there is a possibility that a large amount of hydrogen that cannot maintain the hydrogen concentration below a predetermined concentration is released into the package. However, the question is what kind of conditions can be met to determine that such a large amount of hydrogen may be released. If this condition is not appropriate, it may fail to keep the hydrogen concentration below the specified concentration, and the cost and power of the ventilation fan may be increased by installing an oversized ventilation fan to avoid such a failure. It can be excessive.

そこで、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、換気により水素を希釈する場合の安全性を向上させることが可能な燃料電池システムおよびその制御方法を提供することである。 Therefore, an object to be solved by the embodiment of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving safety when hydrogen is diluted by ventilation and a control method thereof.

一の実施形態によれば、燃料電池システムは、水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収容する収容部内の換気を行う換気ファンと、前記燃料電池スタックに供給される水素の流量を計測する第１計測器と、前記燃料電池スタックから出力される電流の値を計測する第２計測器と、前記換気ファンの換気風量を計測する第３計測器とを備える。前記システムはさらに、前記水素の流量の上限または下限を、前記電流の値に応じて変化する値に設定する第１設定部と、前記換気風量の限界値を設定する第２設定部とを備える。前記システムはさらに、前記水素の流量が前記上限または前記下限を逸脱した場合に、前記燃料電池スタックの発電を停止させる第１制御部と、前記逸脱が生じていないが、前記換気風量が前記限界値よりも小さい場合に、前記燃料電池スタックの発電を停止させる第２制御部とを備える。 According to one embodiment, the fuel cell system comprises a fuel cell stack that uses hydrogen and oxygen to generate electricity, a ventilation fan that ventilates the containment that houses the fuel cell stack, and the fuel cell stack. A first measuring instrument that measures the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack, a second measuring instrument that measures the value of the current output from the fuel cell stack, and a third measuring instrument that measures the ventilation air volume of the ventilation fan. To be equipped. The system further includes a first setting unit that sets an upper limit or a lower limit of the hydrogen flow rate to a value that changes according to the value of the current, and a second setting unit that sets a limit value of the ventilation air volume. .. The system further includes a first control unit that stops power generation of the fuel cell stack when the hydrogen flow rate deviates from the upper limit or the lower limit, and the ventilation air volume is the limit, although the deviation does not occur. A second control unit for stopping the power generation of the fuel cell stack when the value is smaller than the value is provided.

第１実施形態の燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the fuel cell system of 1st Embodiment. 第１実施形態の燃料電池システムの制御方法を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the control method of the fuel cell system of 1st Embodiment.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。 (First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system of the first embodiment.

図１の燃料電池システムは、燃料電池スタック１と、電源装置２と、第１計測器の例である流量計３と、第２計測器の例である電流計４と、制御装置５と、換気ファン６と、第３計測器の例である風量検知部７と、収容部の例であるパッケージ８とを備えている。燃料電池スタック１は、アノード電極（燃料極）１ａと、カソード電極（空気極）１ｂとを備えている。制御装置５は、第１設定部５ａと、第２設定部５ｂと、第１制御部５ｃと、第２制御部５ｄとを備えている。本実施形態の燃料電池システムは、例えば純水素燃料電池システムである。 The fuel cell system of FIG. 1 includes a fuel cell stack 1, a power supply device 2, a flow meter 3 which is an example of the first measuring instrument, an ammeter 4 which is an example of the second measuring instrument, and a control device 5. It includes a ventilation fan 6, an air volume detecting unit 7 which is an example of a third measuring instrument, and a package 8 which is an example of an accommodating unit. The fuel cell stack 1 includes an anode electrode (fuel electrode) 1a and a cathode electrode (air electrode) 1b. The control device 5 includes a first setting unit 5a, a second setting unit 5b, a first control unit 5c, and a second control unit 5d. The fuel cell system of the present embodiment is, for example, a pure hydrogen fuel cell system.

燃料電池スタック１は、燃料ガスの供給源から燃料ガスとして水素を供給され、ブロワから空気を供給される。水素は、水素供給系を介してアノード電極１ａに供給され、空気は、空気供給系を介してカソード電極１ｂに供給される。燃料電池スタック１は、水素を空気中の酸素と反応させて水を生成し、この反応により電気を発生させる。この電気は、直流電流として燃料電池スタック１から出力される。燃料電池スタック１は、アノード電極１ａに供給された水素の残りをアノード排気として排出し、カソード電極１ｂに供給された空気の残りをカソード排気として排出する。例えば、アノード排気はアノード電極１ａに再び供給され、カソード排気はパッケージ８の外部に排出される。 The fuel cell stack 1 is supplied with hydrogen as a fuel gas from a fuel gas supply source, and is supplied with air from a blower. Hydrogen is supplied to the anode electrode 1a via the hydrogen supply system, and air is supplied to the cathode electrode 1b via the air supply system. The fuel cell stack 1 reacts hydrogen with oxygen in the air to generate water, and this reaction generates electricity. This electricity is output from the fuel cell stack 1 as a direct current. The fuel cell stack 1 discharges the rest of the hydrogen supplied to the anode electrode 1a as the anode exhaust, and discharges the rest of the air supplied to the cathode electrode 1b as the cathode exhaust. For example, the anode exhaust is supplied again to the anode electrode 1a, and the cathode exhaust is discharged to the outside of the package 8.

電源装置２は、燃料電池スタック１のアノード電極１ａおよびカソード電極１ｂに電流取り出し線により接続されており、燃料電池スタック１から電流取り出し線を介して直流電流を取り出す。 The power supply device 2 is connected to the anode electrode 1a and the cathode electrode 1b of the fuel cell stack 1 by a current take-out wire, and draws a direct current from the fuel cell stack 1 via the current take-out wire.

流量計３は、水素供給系に設置されており、燃料電池スタック１に供給される水素の流量を計測する。本実施形態の流量計３は、燃料ガスの供給源とアノード電極１ａとの間に設定されている。流量計３により計測された流量（以下「水素流量」とも呼ぶ）は、制御装置５に出力される。この水素流量は、水素計測値の一例である。 The flow meter 3 is installed in the hydrogen supply system and measures the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1. The flow meter 3 of the present embodiment is set between the fuel gas supply source and the anode electrode 1a. The flow rate measured by the flow meter 3 (hereinafter, also referred to as “hydrogen flow rate”) is output to the control device 5. This hydrogen flow rate is an example of the measured hydrogen value.

電流計４は、電流取り出し線に設置されており、燃料電池スタック１から出力される電流の値を計測する。本実施形態の電流計４は、アノード電極１ａと電源装置２との間に設置されている。電流計４により計測された電流の値（以下「出力電流値」とも呼ぶ）は、制御装置５に出力される。この出力電流値は、電気計測値の一例である。 The ammeter 4 is installed on the current take-out line and measures the value of the current output from the fuel cell stack 1. The ammeter 4 of this embodiment is installed between the anode electrode 1a and the power supply device 2. The current value measured by the ammeter 4 (hereinafter, also referred to as “output current value”) is output to the control device 5. This output current value is an example of an electric measurement value.

制御装置５は、図１の燃料電池システムの種々の動作を制御する。制御装置５の例は、プロセッサ、制御回路、コンピュータなどである。制御装置５は例えば、燃料電池スタック１の発電動作や換気ファン６の換気動作を制御したり、燃料電池システムの状態を示す情報を表示、保存、発信するなど、燃料電池システムに関する種々の情報を出力したりする。この情報は、燃料電池システム内の機器に出力してもよいし、燃料電池システム外の機器に出力してもよい。 The control device 5 controls various operations of the fuel cell system of FIG. Examples of the control device 5 are a processor, a control circuit, a computer, and the like. The control device 5 displays, stores, and transmits various information related to the fuel cell system, for example, controlling the power generation operation of the fuel cell stack 1 and the ventilation operation of the ventilation fan 6, and displaying, storing, and transmitting information indicating the state of the fuel cell system. Output. This information may be output to a device inside the fuel cell system or to a device outside the fuel cell system.

換気ファン６は、パッケージ８内の換気を行うために設けられている。換気ファン６の換気開始、換気停止、および換気風量は、制御装置５により制御される。 The ventilation fan 6 is provided to ventilate the inside of the package 8. The ventilation start, ventilation stop, and ventilation air volume of the ventilation fan 6 are controlled by the control device 5.

風量検知部７は、換気ファン６の付近に設置されており、換気ファン６の換気風量を計測する。風量検知部７により計測された換気風量は、制御装置５に出力される。この換気風量は、換気計測値の一例である。本実施形態の制御装置５は、風量検知部７を利用して換気ファン６の換気風量を監視している。 The air volume detecting unit 7 is installed near the ventilation fan 6 and measures the ventilation air volume of the ventilation fan 6. The ventilation air volume measured by the air volume detection unit 7 is output to the control device 5. This ventilation air volume is an example of the ventilation measurement value. The control device 5 of the present embodiment monitors the ventilation air volume of the ventilation fan 6 by using the air volume detection unit 7.

パッケージ８は、燃料電池スタック１と、電源装置２と、流量計３と、電流計４と、制御装置５と、換気ファン６と、風量検知部７とを収容している。本実施形態の制御装置５は、パッケージ８内の水素濃度が安全な濃度に維持されるように、換気ファン６の換気動作を制御し、かつ風量検知部７から出力された換気風量を監視している。パッケージ８内の水素濃度の維持の詳細については、後述する。 The package 8 houses the fuel cell stack 1, the power supply device 2, the flow meter 3, the ammeter 4, the control device 5, the ventilation fan 6, and the air volume detection unit 7. The control device 5 of the present embodiment controls the ventilation operation of the ventilation fan 6 and monitors the ventilation air volume output from the air volume detection unit 7 so that the hydrogen concentration in the package 8 is maintained at a safe concentration. ing. Details of maintaining the hydrogen concentration in the package 8 will be described later.

図２は、第１実施形態の燃料電池システムの制御方法を説明するためのグラフである。 FIG. 2 is a graph for explaining a control method of the fuel cell system of the first embodiment.

図２の横軸は、図１の燃料電池システムにおける水素消費量を示している。水素消費量は、燃料電池スタック１により単位時間あたりに消費される水素の量を示す。水素消費量は、電流計４により計測された出力電流値から算出することが可能である。理由は、燃料電池スタック１が出力する電流の値が大きくなるほど、燃料電池スタック１が消費する水素の量が多くなるからである。本実施形態では、水素消費量は出力電流値に比例する。制御装置５は、電流計４により計測された出力電流値に基づいて、水素消費量の変化を検出することができる。 The horizontal axis of FIG. 2 shows the hydrogen consumption in the fuel cell system of FIG. The hydrogen consumption indicates the amount of hydrogen consumed per unit time by the fuel cell stack 1. The hydrogen consumption can be calculated from the output current value measured by the ammeter 4. The reason is that the larger the value of the current output by the fuel cell stack 1, the larger the amount of hydrogen consumed by the fuel cell stack 1. In this embodiment, the hydrogen consumption is proportional to the output current value. The control device 5 can detect a change in hydrogen consumption based on the output current value measured by the ammeter 4.

図２の縦軸は、流量計３により計測された水素流量を示している。燃料電池システムにおける水素消費量が、出力電流値に関係するのに対し、水素流量は、燃料電池システムにおける水素供給量に関係している。水素供給量は、燃料電池スタック１に単位時間あたりに供給される水素の量を示す。水素供給量は、流量計３により計測された水素流量から算出することが可能である。理由は、流量計３を通過する水素の流量が大きくなるほど、燃料電池スタック１に供給される水素の量、すなわち、流量計３から燃料電池スタック１に向かう水素の量が多くなるからである。本実施形態では、水素供給量は水素流量に比例する。制御装置５は、流量計３により計測された水素流量に基づいて、水素供給量の変化を検出することができる。 The vertical axis of FIG. 2 shows the hydrogen flow rate measured by the flow meter 3. The hydrogen consumption in the fuel cell system is related to the output current value, while the hydrogen flow rate is related to the hydrogen supply in the fuel cell system. The hydrogen supply amount indicates the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 per unit time. The hydrogen supply amount can be calculated from the hydrogen flow rate measured by the flow meter 3. The reason is that as the flow rate of hydrogen passing through the flow meter 3 increases, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1, that is, the amount of hydrogen flowing from the flow meter 3 to the fuel cell stack 1 increases. In this embodiment, the hydrogen supply amount is proportional to the hydrogen flow rate. The control device 5 can detect a change in the hydrogen supply amount based on the hydrogen flow rate measured by the flow meter 3.

一般に、水素消費量は水素供給量に一致するはずである。理由は、燃料電池スタック１に供給される水素はすべて、燃料電池スタック１が消費するはずだからである。図２の直線Ｃは、水素消費量が水素供給量に一致する場合の水素消費量と水素流量との関係を示している。ここで、水素消費量は、電流計４により計測された出力電流値から算出され、水素供給量は、流量計３により計測された水素流量から算出される。 In general, hydrogen consumption should match hydrogen supply. The reason is that all the hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 should be consumed by the fuel cell stack 1. The straight line C in FIG. 2 shows the relationship between the hydrogen consumption amount and the hydrogen flow rate when the hydrogen consumption amount matches the hydrogen supply amount. Here, the hydrogen consumption amount is calculated from the output current value measured by the ammeter 4, and the hydrogen supply amount is calculated from the hydrogen flow rate measured by the flow meter 3.

一方、様々な理由で水素消費量が水素供給量に一致しない場合もある。例えば、燃料電池スタック１やその付近で水素の漏洩が生じている場合には、水素消費量は水素供給量よりも少なくなる。理由は、水素供給量の一部しか燃料電池スタック１で消費されず、残りの水素は漏洩しているからである。水素の漏洩が生じている場合の水素消費量と水素流量との関係を図２にて点で表すと、この点は直線Ｃの上側に位置することになる。 On the other hand, the hydrogen consumption may not match the hydrogen supply for various reasons. For example, when hydrogen leaks in or near the fuel cell stack 1, the hydrogen consumption becomes smaller than the hydrogen supply amount. The reason is that only a part of the hydrogen supply amount is consumed by the fuel cell stack 1, and the remaining hydrogen is leaking. When the relationship between the hydrogen consumption and the hydrogen flow rate when hydrogen leakage occurs is represented by a point in FIG. 2, this point is located on the upper side of the straight line C.

図２は、直線Ｃと、後述する直線Ｃ１、Ｃ２とを示している。直線Ｃ１は直線Ｃの上側に位置し、直線Ｃ２は直線Ｃの下側に位置している。直線Ｃ１は、直線Ｃを縦方向に＋Δだけ平行移動したものであり、直線Ｃ２は、直線Ｃを縦方向に−Δだけ平行移動したものである。ここでΔは正の定数である。図２はさらに、直線Ｃの上側の領域Ｒ１、Ｒ３と、直線Ｃの下側の領域Ｒ２、Ｒ４とを示している。ただし、領域Ｒ１は直線Ｃと直線Ｃ１との間に位置し、領域Ｒ３は直線Ｃ１の上側に位置している。また、領域Ｒ２は直線Ｃと直線Ｃ２との間に位置し、領域Ｒ４は直線Ｃ２の下側に位置している。水素の漏洩が生じている場合の水素消費量と水素流量との関係を図２にて点で表すと、この点は領域Ｒ１か領域Ｒ３内に位置することになる。 FIG. 2 shows a straight line C and straight lines C1 and C2 described later. The straight line C1 is located above the straight line C, and the straight line C2 is located below the straight line C. The straight line C1 is a translation of the straight line C by + Δ in the vertical direction, and the straight line C2 is a translation of the straight line C by −Δ in the vertical direction. Where Δ is a positive constant. FIG. 2 further shows regions R1 and R3 on the upper side of the straight line C and regions R2 and R4 on the lower side of the straight line C. However, the region R1 is located between the straight line C and the straight line C1, and the region R3 is located above the straight line C1. Further, the region R2 is located between the straight line C and the straight line C2, and the region R4 is located below the straight line C2. When the relationship between the hydrogen consumption and the hydrogen flow rate when hydrogen leakage occurs is represented by a point in FIG. 2, this point is located in the region R1 or the region R3.

ただし、流量計３や電流計４の計測値に誤差がある場合には、水素の漏洩が生じていなくても、上記の点が直線Ｃから外れることがある。加えて、流量計３や電流計４の計測値に誤差がある場合には、上記の点が、直線Ｃから領域Ｒ１、Ｒ３へと外れる可能性があるだけでなく、直線Ｃから領域Ｒ２、Ｒ４へと外れる可能性もある。また、流量計３や電流計４が故障しているなど、流量計３や電流計４に異常がある場合にも、上記の点が、直線Ｃから領域Ｒ１〜Ｒ４のいずれかへ外れる可能性がある。 However, if there is an error in the measured values of the flow meter 3 and the ammeter 4, the above points may deviate from the straight line C even if hydrogen leakage does not occur. In addition, if there is an error in the measured values of the flow meter 3 and the ammeter 4, the above points may deviate from the straight line C to the regions R1 and R3, as well as from the straight line C to the regions R2, There is a possibility that it will come off to R4. Further, even if there is an abnormality in the flow meter 3 or the ammeter 4 such as the flow meter 3 or the ammeter 4 is out of order, the above point may deviate from the straight line C to any of the regions R1 to R4. There is.

一般に、流量計３や電流計４の計測値には、所定の範囲の誤差、例えば最大で±１０％程度の誤差がある。そのため、上記の点が直線Ｃから少しだけ外れている場合には、その原因はこれらの計測器の計測値の誤差である可能性が高い。この場合、燃料電池システムの運転を継続しても問題ないと考えられる。むしろ、この場合に運転を停止すると、燃料電池システムの利便性を損なう可能性が高い。一方、上記の点が直線Ｃから大きく外れている場合には、その原因は水素の漏洩や計測器の異常である可能性が高い。この場合、燃料電池システムの運転を停止する必要があると考えられる。そこで、制御装置５は、前者の場合には燃料電池スタック１の発電を継続し、後者の場合には燃料電池スタック１の発電を停止する。以下、このような制御の詳細を説明する。この制御は、図１の第１設定部５ａや第１制御部５ｃにより行われる。 In general, the measured values of the flow meter 3 and the ammeter 4 have an error in a predetermined range, for example, an error of about ± 10% at the maximum. Therefore, if the above point deviates slightly from the straight line C, it is highly possible that the cause is an error in the measured values of these measuring instruments. In this case, it is considered that there is no problem even if the operation of the fuel cell system is continued. Rather, stopping operation in this case is likely to impair the convenience of the fuel cell system. On the other hand, if the above point deviates significantly from the straight line C, the cause is likely to be hydrogen leakage or an abnormality in the measuring instrument. In this case, it may be necessary to stop the operation of the fuel cell system. Therefore, the control device 5 continues the power generation of the fuel cell stack 1 in the former case, and stops the power generation of the fuel cell stack 1 in the latter case. The details of such control will be described below. This control is performed by the first setting unit 5a and the first control unit 5c of FIG.

（１）第１設定部５ａと第１制御部５ｃ
図２は、直線Ｃ上の点（Ｘ，Ｙ）と、直線Ｃ１上の点（Ｘ，Ｙ＋Δ）と、直線Ｃ２上の点（Ｘ，Ｙ−Δ）とを示している。水素消費量がＸの場合、水素の漏洩、計測器の計測値の誤差、計測器の異常などがなければ、水素流量はＹになるはずである。以下、制御装置５により行われる制御の詳細を、これらの点を例として説明する。 (1) First setting unit 5a and first control unit 5c
FIG. 2 shows a point (X, Y) on the straight line C, a point (X, Y + Δ) on the straight line C1, and a point (X, Y−Δ) on the straight line C2. When the hydrogen consumption is X, the hydrogen flow rate should be Y if there is no hydrogen leakage, an error in the measured value of the measuring instrument, an abnormality of the measuring instrument, or the like. Hereinafter, the details of the control performed by the control device 5 will be described by taking these points as an example.

制御装置５は、電流計４から出力電流値を受信すると、出力電流値から水素消費量を算出し、水素消費量に基づいて水素流量の上限および下限を設定する。この処理は、図１の第１設定部５ａにより行われる。例えば、水素消費量がＸの場合には、水素流量の上限がＹ＋Δに設定され、水素流量の下限がＹ−Δに設定される。Ｙの値はＸの値に依存することから、上限（Ｙ＋Δ）および下限（Ｙ−Δ）は、水素消費量（Ｘ）に応じて変化する値となり、従って、出力電流値に応じて変化する値となる。上限は、直線Ｃ１上の点（Ｘ，Ｙ＋Δ）の水素流量に相当し、下限は、直線Ｃ２上の点（Ｘ，Ｙ−Δ）の水素流量に相当する。 When the control device 5 receives the output current value from the ammeter 4, the control device 5 calculates the hydrogen consumption from the output current value, and sets the upper limit and the lower limit of the hydrogen flow rate based on the hydrogen consumption. This process is performed by the first setting unit 5a of FIG. For example, when the hydrogen consumption is X, the upper limit of the hydrogen flow rate is set to Y + Δ, and the lower limit of the hydrogen flow rate is set to Y−Δ. Since the value of Y depends on the value of X, the upper limit (Y + Δ) and the lower limit (Y−Δ) are values that change according to the hydrogen consumption (X), and therefore change according to the output current value. It becomes a value. The upper limit corresponds to the hydrogen flow rate at the point (X, Y + Δ) on the straight line C1, and the lower limit corresponds to the hydrogen flow rate at the point (X, Y−Δ) on the straight line C2.

制御装置５は、流量計３から水素流量を受信すると、この水素流量を上記の上限および下限と比較する。そして、制御装置５は、水素流量が上限および下限を逸脱していないと判断した場合には、燃料電池スタック１の発電を継続させる。一方、制御装置５は、水素流量が上限または下限を逸脱したと判断した場合には、燃料電池スタック１の発電を停止させる。この処理は、図１の第１制御部５ｃにより行われる。 When the control device 5 receives the hydrogen flow rate from the flow meter 3, the control device 5 compares the hydrogen flow rate with the above upper and lower limits. Then, when the control device 5 determines that the hydrogen flow rate does not deviate from the upper limit and the lower limit, the control device 5 continues the power generation of the fuel cell stack 1. On the other hand, when the control device 5 determines that the hydrogen flow rate deviates from the upper limit or the lower limit, the control device 5 stops the power generation of the fuel cell stack 1. This process is performed by the first control unit 5c of FIG.

上記の例では、計測された水素流量がＹ−Δより大きくＹ＋Δより小さい場合には、水素流量が上限および下限を逸脱していないと判断され、制御装置５は、燃料電池スタック１の発電を継続させる。この場合、計測された水素流量を図２にて点で示すと、この点は領域Ｒ１か領域Ｒ２内に位置する（または直線Ｃ上に位置する）。 In the above example, when the measured hydrogen flow rate is larger than Y−Δ and smaller than Y + Δ, it is determined that the hydrogen flow rate does not deviate from the upper limit and the lower limit, and the control device 5 generates electricity from the fuel cell stack 1. Let it continue. In this case, when the measured hydrogen flow rate is indicated by a point in FIG. 2, this point is located in the region R1 or the region R2 (or is located on the straight line C).

一方、計測された水素流量がＹ−Δより小さいかＹ＋Δより大きい場合には、水素流量が上限または下限を逸脱したと判断され、制御装置５は、燃料電池スタック１の発電を停止させる。この場合、計測された水素流量を図２にて点で示すと、この点は領域Ｒ３か領域Ｒ４内に位置する。なお、直線Ｃ１や直線Ｃ２上の点は、上限および下限を逸脱していない点と扱っても、上限または下限を逸脱した点と扱ってもよい。 On the other hand, when the measured hydrogen flow rate is smaller than Y−Δ or larger than Y + Δ, it is determined that the hydrogen flow rate deviates from the upper limit or the lower limit, and the control device 5 stops the power generation of the fuel cell stack 1. In this case, if the measured hydrogen flow rate is indicated by a point in FIG. 2, this point is located in the region R3 or the region R4. The points on the straight line C1 and the straight line C2 may be treated as points that do not deviate from the upper limit and the lower limit, or may be treated as points that deviate from the upper limit or the lower limit.

流量計３や電流計４の計測値に、所定の範囲の誤差、例えば最大で±１０％程度の誤差がある場合、Δの値は例えば、この１０％という値に基づいて設定することが望ましい。例えば、水素消費量がＸの場合において、水素の漏洩も計測器の異常もないが計測器の計測値の誤差が１０％ある場合には、水素流量がＹ＋ΔになるようにΔの値を設定する。これにより、水素の漏洩や計測器の異常がある場合に、燃料電池スタック１の発電を停止させることが可能となる。１０％という誤差の値は例えば、計測器の取扱説明書に記載されている値を使用する。 When the measured values of the flow meter 3 and the ammeter 4 have an error in a predetermined range, for example, an error of about ± 10% at the maximum, it is desirable to set the value of Δ based on the value of, for example, 10%. .. For example, when the hydrogen consumption is X, there is no hydrogen leakage or abnormality of the measuring instrument, but if the error of the measured value of the measuring instrument is 10%, the value of Δ is set so that the hydrogen flow rate becomes Y + Δ. To do. As a result, it is possible to stop the power generation of the fuel cell stack 1 when there is a hydrogen leak or an abnormality in the measuring instrument. For the value of the error of 10%, for example, the value described in the instruction manual of the measuring instrument is used.

Δの値は、本実施形態では定数であるが、変数としてもよい。例えば、出力電流値が大きくなるほど、Δの値を大きくしてもよい。さらに、上限および下限はそれぞれ、本実施形態ではＹ＋ΔとＹ−Δであるが、Ｙ＋Δ１とＹ−Δ２としてもよい（Δ１≠Δ２）。例えば、Δ１をΔ２よりも大きく設定してもよい。この場合、Δ１とΔ２は、ともに定数でもよいし、少なくとも一方が変数でもよい。ΔとΔ１は第１値の例であり、ΔとΔ２は第２値の例である。 The value of Δ is a constant in this embodiment, but may be a variable. For example, as the output current value increases, the value of Δ may increase. Further, although the upper limit and the lower limit are Y + Δ and Y−Δ in the present embodiment, respectively, they may be Y + Δ1 and Y−Δ2 (Δ1 ≠ Δ2). For example, Δ1 may be set larger than Δ2. In this case, both Δ1 and Δ2 may be constants, or at least one of them may be a variable. Δ and Δ1 are examples of the first value, and Δ and Δ2 are examples of the second value.

また、制御装置５は、上限および下限をどのような形で設定してもよい。例えば、制御装置５は、Δの値をあらかじめ保存しておき、ＸからＹを算出し、ＹからＹ＋ΔとＹ−Δを算出することで、上限および下限を設定してもよい。また、制御装置５は、直線Ｃ１、Ｃ２を表す関数やテーブルをあらかじめ保存しておき、関数やテーブルにＸの値を適用することで上限および下限を設定してもよい。 Further, the control device 5 may set the upper limit and the lower limit in any form. For example, the control device 5 may set the upper limit and the lower limit by preserving the value of Δ, calculating Y from X, and calculating Y + Δ and Y−Δ from Y. Further, the control device 5 may save the functions and tables representing the straight lines C1 and C2 in advance, and set the upper limit and the lower limit by applying the value of X to the functions and the table.

以上のように、制御装置５は、水素流量が上限および下限を逸脱していないと判断した場合には、燃料電池スタック１の発電を継続させる。上記の例では、計測された水素流量がＹ−Δより大きくＹ＋Δより小さい場合には、水素流量が上限および下限を逸脱していないと判断され、制御装置５は、燃料電池スタック１の発電を継続させる。この場合、計測された水素流量を図２にて点で示すと、この点は領域Ｒ１か領域Ｒ２内に位置する（または直線Ｃ上に位置する）。燃料電池スタック１がこの状態で発電を行うことを「燃料電池スタック１が領域Ｒ１、Ｒ２内で発電を行う」と表現することにする。以下、この場合に制御装置５により行われる制御の詳細を説明する。この制御は、図１の第２設定部５ｂや第２制御部５ｄにより行われる。 As described above, when the control device 5 determines that the hydrogen flow rate does not deviate from the upper limit and the lower limit, the control device 5 continues the power generation of the fuel cell stack 1. In the above example, when the measured hydrogen flow rate is larger than Y−Δ and smaller than Y + Δ, it is determined that the hydrogen flow rate does not deviate from the upper limit and the lower limit, and the control device 5 generates electricity from the fuel cell stack 1. Let it continue. In this case, when the measured hydrogen flow rate is indicated by a point in FIG. 2, this point is located in the region R1 or the region R2 (or is located on the straight line C). The fact that the fuel cell stack 1 generates power in this state is expressed as "the fuel cell stack 1 generates power in the regions R1 and R2". Hereinafter, the details of the control performed by the control device 5 in this case will be described. This control is performed by the second setting unit 5b and the second control unit 5d of FIG.

（２）第２設定部５ｂと第２制御部５ｄ
燃料電池スタック１が領域Ｒ１、Ｒ２内で発電を行う場合にも、燃料電池スタック１やその付近で水素の漏洩が生じている可能性がある。一方、パッケージ８内の水素濃度は、安全性の観点から所定濃度未満に維持する必要がある。この所定濃度の例は、パッケージ８内の水素の多さが問題となり始める濃度である。本実施形態の燃料電池システムの運転中には、パッケージ８内の水素を希釈するために、換気ファン６によりパッケージ８内の換気を行っている。 (2) Second setting unit 5b and second control unit 5d
Even when the fuel cell stack 1 generates power in the regions R1 and R2, there is a possibility that hydrogen leaks in or near the fuel cell stack 1. On the other hand, the hydrogen concentration in the package 8 needs to be maintained below a predetermined concentration from the viewpoint of safety. An example of this predetermined concentration is the concentration at which the amount of hydrogen in the package 8 starts to become a problem. During the operation of the fuel cell system of the present embodiment, the inside of the package 8 is ventilated by the ventilation fan 6 in order to dilute the hydrogen in the package 8.

図２は、直線Ｃ１と直線Ｃ２との間の縦方向の差「２Δ」を示している。この２Δは、上述の上限（Ｙ＋Δ）と下限（Ｙ−Δ）との差に相当する。計測器の計測値の誤差や計測器の異常がない場合において、流量計３により計測された水素流量がＹ＋Δである場合には、流量Δだけの水素が漏洩している可能性がある。この場合、流量計３により計測された水素流量にΔの誤差があると考えることにすると、流量２Δだけの水素が漏洩している可能性がある。このように、２Δという値は、燃料電池スタック１等で漏洩している可能性のある水素の最大流量を表す。以下、２Δを最大漏洩流量と呼ぶ。 FIG. 2 shows the vertical difference “2Δ” between the straight line C1 and the straight line C2. This 2Δ corresponds to the difference between the above-mentioned upper limit (Y + Δ) and lower limit (Y−Δ). If there is no error in the measured value of the measuring instrument or no abnormality in the measuring instrument and the hydrogen flow rate measured by the flow meter 3 is Y + Δ, there is a possibility that hydrogen of only the flow rate Δ is leaking. In this case, assuming that there is an error of Δ in the hydrogen flow rate measured by the flow meter 3, there is a possibility that hydrogen having a flow rate of 2Δ is leaking. As described above, the value of 2Δ represents the maximum flow rate of hydrogen that may be leaked in the fuel cell stack 1 or the like. Hereinafter, 2Δ is referred to as a maximum leakage flow rate.

水素の漏洩は、燃料電池システム内の様々な箇所で生じる可能性がある。水素の漏洩を流量計３からの水素流量を用いて検出する場合には、流量計３よりも下流の地点で生じた漏洩が検出されることとなる。そのため、流量計３により漏洩が検出されないケースを減らすためには、流量計３を水素供給系のなるべく上流の地点に設定することが望ましい。 Hydrogen leaks can occur at various points within a fuel cell system. When the hydrogen leak is detected by using the hydrogen flow rate from the flow meter 3, the leak generated at a point downstream of the flow meter 3 is detected. Therefore, in order to reduce the cases where leakage is not detected by the flow meter 3, it is desirable to set the flow meter 3 at a point as upstream as possible in the hydrogen supply system.

制御装置５は、風量検知部７により計測される換気風量と比較するために、換気風量の限界値（下限値）を設定する。この処理は、図１の第２設定部５ｂにより行われる。本実施形態の限界値は、燃料電池スタック１等で最大漏洩流量２Δに等しい流量の水素が漏洩した場合でもパッケージ８内の水素濃度を所定濃度未満に維持可能な換気風量である。そのため、本実施形態の限界値は、最大漏洩流量２Δに依存する値となる。 The control device 5 sets a limit value (lower limit value) of the ventilation air volume in order to compare with the ventilation air volume measured by the air volume detection unit 7. This process is performed by the second setting unit 5b of FIG. The limit value of the present embodiment is a ventilation air volume that can maintain the hydrogen concentration in the package 8 below a predetermined concentration even when hydrogen leaks at a flow rate equal to the maximum leakage flow rate 2Δ in the fuel cell stack 1 or the like. Therefore, the limit value of this embodiment is a value that depends on the maximum leakage flow rate 2Δ.

例えば、換気風量が限界値より大きい場合には、燃料電池スタック１等で最大漏洩流量２Δに等しい流量の水素が漏洩した場合でも、パッケージ８内の水素濃度を所定濃度未満に維持することが可能である。この場合、燃料電池システムの運転を継続しても問題ないと考えられる。一方、換気風量が限界値より小さい場合には、燃料電池スタック１等で最大漏洩流量２Δに等しい流量の水素が漏洩した場合には、パッケージ８内の水素濃度を所定濃度未満に維持できない可能性がある。この場合、燃料電池システムの運転を停止する必要があると考えられる。 For example, when the ventilation air volume is larger than the limit value, the hydrogen concentration in the package 8 can be maintained below a predetermined concentration even if a flow rate equal to the maximum leakage flow rate 2Δ leaks in the fuel cell stack 1 or the like. Is. In this case, it is considered that there is no problem even if the operation of the fuel cell system is continued. On the other hand, if the ventilation air volume is smaller than the limit value, and if hydrogen leaks at a flow rate equal to the maximum leakage flow rate 2Δ in the fuel cell stack 1 or the like, the hydrogen concentration in the package 8 may not be maintained below the predetermined concentration. There is. In this case, it may be necessary to stop the operation of the fuel cell system.

なお、第２設定部５ｂは、この限界値をどのような形で設定してもよい。例えば、第２設定部５ｂは、最大漏洩流量２Δと限界値との関係を示す関数やテーブルをあらかじめ保存しておき、第１設定部５ａからΔの値を取得し、関数やテーブルに２Δの値を適用することで限界値を設定してもよい。また、限界値の値は、水素濃度が過度に上昇する前に余裕をもって燃料電池システムの運転を停止するために、上述の値よりも大きく設定してもよい。 The second setting unit 5b may set this limit value in any form. For example, the second setting unit 5b stores in advance a function or table showing the relationship between the maximum leakage flow rate 2Δ and the limit value, acquires the value of Δ from the first setting unit 5a, and stores 2Δ in the function or table. The limit value may be set by applying the value. Further, the value of the limit value may be set larger than the above-mentioned value in order to stop the operation of the fuel cell system with a margin before the hydrogen concentration rises excessively.

制御装置５は、風量検知部７から換気風量を受信すると、この換気風量を上記の限界値と比較する。そして、制御装置５は、換気風量が限界値より大きいと判断した場合には、パッケージ８内の水素濃度を所定濃度未満に維持することができるため、燃料電池スタック１の発電を継続させる。一方、制御装置５は、換気風量が限界値より小さいと判断した場合には、パッケージ８内の水素濃度を所定濃度未満に維持できない可能性があるため、燃料電池スタック１の発電を停止させる。この処理は、図１の第２制御部５ｄにより行われる。なお、換気風量が限界値と等しいと判断した場合には、発電を継続させても発電を停止させてもよい。 When the control device 5 receives the ventilation air volume from the air volume detection unit 7, the control device 5 compares the ventilation air volume with the above limit value. Then, when the control device 5 determines that the ventilation air volume is larger than the limit value, the hydrogen concentration in the package 8 can be maintained below a predetermined concentration, so that the power generation of the fuel cell stack 1 is continued. On the other hand, when the control device 5 determines that the ventilation air volume is smaller than the limit value, the hydrogen concentration in the package 8 may not be maintained below a predetermined concentration, so that the power generation of the fuel cell stack 1 is stopped. This process is performed by the second control unit 5d of FIG. If it is determined that the ventilation air volume is equal to the limit value, the power generation may be continued or the power generation may be stopped.

以上のように、制御装置５は、最大漏洩流量２Δに依存する限界値を設定し、換気風量を限界値と比較することでパッケージ８内の水素濃度の過度の上昇を抑制する。本実施形態では、換気風量が限界値より小さいという条件が成立すれば、水素濃度を所定濃度未満に維持できない可能性があると判断することができる。この条件によれば、水素の漏洩を検出するための閾値であるΔという値を通じて、最大の水素漏洩量を考慮した水素濃度制御を実現することができるし、風量検知部７により計測される換気風量を通じて、実際の換気ファン６の動作を考慮した水素濃度制御を実現することができる。よって、本実施形態によれば、適切な条件を使用して適切なサイズの換気ファン６により水素濃度制御を行うことが可能となる。 As described above, the control device 5 sets a limit value depending on the maximum leakage flow rate 2Δ, and compares the ventilation air volume with the limit value to suppress an excessive increase in the hydrogen concentration in the package 8. In the present embodiment, if the condition that the ventilation air volume is smaller than the limit value is satisfied, it can be determined that the hydrogen concentration may not be maintained below the predetermined concentration. According to this condition, hydrogen concentration control in consideration of the maximum hydrogen leakage amount can be realized through a value of Δ which is a threshold value for detecting hydrogen leakage, and ventilation measured by the air volume detection unit 7 can be realized. Through the air volume, it is possible to realize hydrogen concentration control in consideration of the actual operation of the ventilation fan 6. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to control the hydrogen concentration by the ventilation fan 6 having an appropriate size using appropriate conditions.

なお、制御装置５は、水素流量が上限または下限を逸脱したと判断した場合には、燃料電池スタック１の発電を停止させる代わりに、燃料電池システムの動作を変更してもよいし、あるいは燃料電池システムに関する情報を出力してもよい。同様に、制御装置５は、換気風量が限界値より小さいと判断した場合には、燃料電池スタック１の発電を停止させる代わりに、燃料電池システムの動作を変更してもよいし、あるいは燃料電池システムに関する情報を出力してもよい。 When the control device 5 determines that the hydrogen flow rate deviates from the upper limit or the lower limit, the control device 5 may change the operation of the fuel cell system or change the operation of the fuel cell system instead of stopping the power generation of the fuel cell stack 1. Information about the battery system may be output. Similarly, when the control device 5 determines that the ventilation air volume is smaller than the limit value, the operation of the fuel cell system may be changed instead of stopping the power generation of the fuel cell stack 1, or the fuel cell. Information about the system may be output.

例えば、制御装置５は、水素流量が上限または下限を逸脱したと判断した場合には、燃料電池システムの安全性に関する警報を出力してもよい。警報の例は、「水素が漏洩している可能性があります」とのメッセージを、表示画面に表示することや、ユーザのメールアドレスに送信することなどである。警報の別の例は、燃料電池システムのインジケータの警報ランプを点灯させることなどである。 For example, the control device 5 may output an alarm regarding the safety of the fuel cell system when it is determined that the hydrogen flow rate deviates from the upper limit or the lower limit. Examples of alarms are displaying the message "Hydrogen may be leaking" on the display screen or sending it to the user's email address. Another example of an alarm is turning on an alarm lamp on an indicator of a fuel cell system.

また、制御装置５は、換気風量が限界値より小さいと判断した場合には、燃料電池スタック１の発電を停止させる代わりに、換気ファン６の換気風量を増加させてもよい。この場合、上述の限界値（以下「第１限界値」と呼ぶ）よりも大きい第２限界値を設定し、換気風量が第２限界値より小さい場合には換気ファン６の換気風量を増加させ、換気風量が第１限界値より小さい場合には燃料電池スタック１の発電を停止させてもよい。また、これらの場合に、上述の警報も併用してもよい。 Further, when the control device 5 determines that the ventilation air volume is smaller than the limit value, the ventilation air volume of the ventilation fan 6 may be increased instead of stopping the power generation of the fuel cell stack 1. In this case, a second limit value larger than the above-mentioned limit value (hereinafter referred to as "first limit value") is set, and when the ventilation air volume is smaller than the second limit value, the ventilation air volume of the ventilation fan 6 is increased. If the ventilation air volume is smaller than the first limit value, the power generation of the fuel cell stack 1 may be stopped. Further, in these cases, the above-mentioned alarm may also be used together.

さらに、流量計３は、燃料電池スタック１に供給される水素に関する値を計測し、水素に関する計測値である水素計測値を出力する別の計測器に置き換えてもよい。このような水素計測値の例は、水素の圧力である。この場合、上述の説明中の「水素の流量」は、水素の圧力に置き換えられる。 Further, the flow meter 3 may be replaced with another measuring instrument that measures the value related to hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 and outputs the measured value of hydrogen, which is the measured value related to hydrogen. An example of such a hydrogen measurement is hydrogen pressure. In this case, the "hydrogen flow rate" in the above description is replaced by the hydrogen pressure.

同様に、風量検知部７は、換気ファン６による換気に関する値を計測し、換気に関する計測値である換気計測値を出力する別の計測器に置き換えてもよい。このような換気計測値の例は、換気ファン６の回転数である。この場合、上述の説明中の「換気風量」は、回転数に置き換えられる。 Similarly, the air volume detecting unit 7 may be replaced with another measuring instrument that measures a value related to ventilation by the ventilation fan 6 and outputs a ventilation measured value which is a measured value related to ventilation. An example of such a ventilation measurement value is the rotation speed of the ventilation fan 6. In this case, the "ventilation air volume" in the above description is replaced with the rotation speed.

以上のように、本実施形態の燃料電池システムは、水素流量の上限および下限を、出力電流値に応じて変化する値に設定し、水素流量が上限または下限を逸脱した場合には、燃料電池スタック１の発電を停止させる。さらに、本実施形態の燃料電池システムは、換気風量の限界値を設定し、上記の逸脱が生じていないが換気風量が限界値よりも小さい場合には、燃料電池スタック１の発電を停止させる。よって、本実施形態によれば、換気により水素を希釈する場合の安全性を向上させることが可能となる。 As described above, in the fuel cell system of the present embodiment, the upper limit and the lower limit of the hydrogen flow rate are set to values that change according to the output current value, and when the hydrogen flow rate deviates from the upper limit or the lower limit, the fuel cell Stop the power generation of stack 1. Further, the fuel cell system of the present embodiment sets a limit value of the ventilation air volume, and if the above deviation does not occur but the ventilation air volume is smaller than the limit value, the power generation of the fuel cell stack 1 is stopped. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the safety when hydrogen is diluted by ventilation.

なお、本実施形態の燃料電池システムは、水素流量の上限と下限の両方を設定しているが、水素流量の上限と下限の一方のみを設定してもよい。例えば、水素流量の上限のみを設定してもよい。この場合、制御装置５は、水素流量が上限を逸脱していない場合には燃料電池スタック１の発電を継続させ、水素流量が上限を逸脱した場合には燃料電池スタック１の発電を停止させる。さらには、水素流量が上限を逸脱していない場合において、制御装置５は、換気風量が限界値よりも大きい場合には燃料電池スタック１の発電を継続させ、換気風量が限界値よりも小さい場合には燃料電池スタック１の発電を停止させる。 In the fuel cell system of the present embodiment, both the upper limit and the lower limit of the hydrogen flow rate are set, but only one of the upper limit and the lower limit of the hydrogen flow rate may be set. For example, only the upper limit of the hydrogen flow rate may be set. In this case, the control device 5 continues the power generation of the fuel cell stack 1 when the hydrogen flow rate does not deviate from the upper limit, and stops the power generation of the fuel cell stack 1 when the hydrogen flow rate deviates from the upper limit. Further, when the hydrogen flow rate does not deviate from the upper limit, the control device 5 continues the power generation of the fuel cell stack 1 when the ventilation air volume is larger than the limit value, and when the ventilation air volume is smaller than the limit value. To stop the power generation of the fuel cell stack 1.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムおよび方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムおよび方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented only as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel systems and methods described herein can be implemented in a variety of other forms. In addition, various omissions, substitutions, and changes can be made to the forms of the system and method described in the present specification without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalent scope are intended to include such forms and variations contained within the scope and gist of the invention.

１：燃料電池スタック、１ａ：アノード電極、１ｂ：カソード電極、
２：電源装置、３：流量計、４：電流計、５：制御装置、
５ａ：第１設定部、５ｂ：第２設定部、５ｃ：第１制御部、５ｄ：第２制御部、
６：換気ファン、７：風量検知部、８：パッケージ 1: Fuel cell stack, 1a: Anode electrode, 1b: Cathode electrode,
2: Power supply device, 3: Flow meter, 4: Ammeter, 5: Control device,
5a: 1st setting unit, 5b: 2nd setting unit, 5c: 1st control unit, 5d: 2nd control unit,
6: Ventilation fan, 7: Air volume detector, 8: Package

Claims (11)

水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収容する収容部内の換気を行う換気ファンと、
前記燃料電池スタックに供給される水素の流量を計測する第１計測器と、
前記燃料電池スタックから出力される電流の値を計測する第２計測器と、
前記換気ファンの換気風量を計測する第３計測器と、
前記水素の流量の上限または下限を、前記電流の値に応じて変化する値に設定する第１設定部と、
前記換気風量の限界値を設定する第２設定部と、
前記水素の流量が前記上限または前記下限を逸脱した場合に、前記燃料電池スタックの発電を停止させる第１制御部と、
前記逸脱が生じていないが、前記換気風量が前記限界値よりも小さい場合に、前記燃料電池スタックの発電を停止させる第２制御部と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell stack that uses hydrogen and oxygen to generate electricity,
A ventilation fan that ventilates the inside of the housing that houses the fuel cell stack,
A first measuring instrument that measures the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack, and
A second measuring instrument that measures the value of the current output from the fuel cell stack,
A third measuring instrument that measures the ventilation air volume of the ventilation fan,
A first setting unit that sets the upper or lower limit of the hydrogen flow rate to a value that changes according to the value of the current.
The second setting unit that sets the limit value of the ventilation air volume and
A first control unit that stops power generation of the fuel cell stack when the flow rate of hydrogen deviates from the upper limit or the lower limit.
A second control unit that stops the power generation of the fuel cell stack when the deviation does not occur but the ventilation air volume is smaller than the limit value.
Fuel cell system with. 前記限界値は、前記上限と前記下限との差に依存する値である、請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the limit value is a value that depends on the difference between the upper limit and the lower limit. 前記限界値は、前記上限と前記下限との差に等しい流量の前記水素が漏洩した場合でも前記収容部内の水素濃度を所定濃度未満に維持可能な前記換気風量である、請求項２に記載の燃料電池システム。 The ventilation air volume according to claim 2, wherein the limit value is the ventilation air volume capable of maintaining the hydrogen concentration in the accommodating portion below a predetermined concentration even when the hydrogen leaks at a flow rate equal to the difference between the upper limit and the lower limit. Fuel cell system. 前記上限は、前記水素の流量から算出される水素供給量と、前記電流の値から算出される水素消費量とが一致する場合の前記水素の流量に、第１値を加算した値であり、
前記下限は、前記水素の流量から算出される水素供給量と、前記電流の値から算出される水素消費量とが一致する場合の前記水素の流量から、第２値を減算した値である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The upper limit is a value obtained by adding a first value to the hydrogen flow rate when the hydrogen supply amount calculated from the hydrogen flow rate and the hydrogen consumption amount calculated from the current value match.
The lower limit is a value obtained by subtracting a second value from the hydrogen flow rate when the hydrogen supply amount calculated from the hydrogen flow rate and the hydrogen consumption amount calculated from the current value match.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3. 前記第１値と前記第２値の少なくともいずれかは、定数である、請求項４に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein at least one of the first value and the second value is a constant. 前記第１値と前記第２値は、等しい値である、請求項４または５に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein the first value and the second value are equal values. 水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収容する収容部内の換気を行う換気ファンと、
前記燃料電池スタックに供給される水素に関する値を計測し、前記水素に関する計測値である水素計測値を出力する第１計測器と、
前記燃料電池スタックから出力される電気に関する値を計測し、前記電気に関する計測値である電気計測値を出力する第２計測器と、
前記換気ファンによる換気に関する値を計測し、前記換気に関する計測値である換気計測値を出力する第３計測器と、
を備える燃料電池システムであって、
前記水素計測値の上限または下限を、前記電気計測値に応じて変化する値に設定する第１設定部と、
前記換気計測値の限界値を設定する第２設定部と、
前記水素計測値が前記上限または前記下限を逸脱した場合に、前記燃料電池システムの動作を変更する、または前記燃料電池システムに関する情報を出力する第１制御部と、
前記逸脱が生じていないが、前記換気計測値が前記限界値よりも小さい場合に、前記燃料電池システムの動作を変更する、または前記燃料電池システムに関する情報を出力する第２制御部と、
をさらに備える燃料電池システム。 A fuel cell stack that uses hydrogen and oxygen to generate electricity,
A ventilation fan that ventilates the inside of the housing that houses the fuel cell stack,
A first measuring instrument that measures a value related to hydrogen supplied to the fuel cell stack and outputs a measured value of hydrogen, which is a measured value related to hydrogen.
A second measuring instrument that measures the value related to electricity output from the fuel cell stack and outputs the measured value of electricity, which is the measured value related to electricity.
A third measuring instrument that measures the value related to ventilation by the ventilation fan and outputs the measured value of ventilation, which is the measured value related to the ventilation.
It is a fuel cell system equipped with
A first setting unit that sets the upper or lower limit of the hydrogen measurement value to a value that changes according to the electrical measurement value, and
A second setting unit that sets the limit value of the ventilation measurement value, and
A first control unit that changes the operation of the fuel cell system or outputs information about the fuel cell system when the hydrogen measurement value deviates from the upper limit or the lower limit.
A second control unit that changes the operation of the fuel cell system or outputs information about the fuel cell system when the deviation is not generated but the ventilation measurement value is smaller than the limit value.
Fuel cell system further equipped with. 前記第１制御部と前記第２制御部の少なくともいずれかは、前記燃料電池システムの動作の変更として、前記燃料電池スタックの発電を停止させる、請求項７に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7, wherein at least one of the first control unit and the second control unit stops the power generation of the fuel cell stack as a change in the operation of the fuel cell system. 前記第１制御部と前記第２制御部の少なくともいずれかは、前記燃料電池システムに関する情報として、前記燃料電池システムの安全性に関する警報を出力する、請求項７または８に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7 or 8, wherein at least one of the first control unit and the second control unit outputs an alarm regarding the safety of the fuel cell system as information about the fuel cell system. 前記水素計測値は、前記燃料電池スタックに供給される水素の流量であり、
前記電気計測値は、前記燃料電池スタックから出力される電流の値であり、
前記換気計測値は、前記換気ファンの換気風量である、
請求項７から９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The hydrogen measurement value is a flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack.
The electric measurement value is a value of a current output from the fuel cell stack.
The ventilation measurement value is the ventilation air volume of the ventilation fan.
The fuel cell system according to any one of claims 7 to 9. 水素と酸素とを用いて電気を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収容する収容部内の換気を行う換気ファンと、
前記燃料電池スタックに供給される水素の流量を計測する第１計測器と、
前記燃料電池スタックから出力される電流の値を計測する第２計測器と、
前記換気ファンの換気風量を計測する第３計測器と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記水素の流量の上限または下限を、前記電流の値に応じて変化する値に設定し、
前記換気風量の限界値を設定し、
前記水素の流量が前記上限または前記下限を逸脱した場合に、前記燃料電池スタックの発電を停止させ、
前記逸脱が生じていないが、前記換気風量が前記限界値よりも小さい場合に、前記燃料電池スタックの発電を停止させる、
ことを含む燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack that uses hydrogen and oxygen to generate electricity,
A ventilation fan that ventilates the inside of the housing that houses the fuel cell stack,
A first measuring instrument that measures the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack, and
A second measuring instrument that measures the value of the current output from the fuel cell stack,
A third measuring instrument that measures the ventilation air volume of the ventilation fan,
It is a control method of a fuel cell system equipped with
The upper or lower limit of the hydrogen flow rate is set to a value that changes according to the value of the current.
Set the limit value of the ventilation air volume,
When the flow rate of hydrogen deviates from the upper limit or the lower limit, the power generation of the fuel cell stack is stopped.
When the deviation does not occur but the ventilation air volume is smaller than the limit value, the power generation of the fuel cell stack is stopped.
How to control a fuel cell system, including that.
JP2019120016A 2019-06-27 2019-06-27 Fuel cell system and control method therefor Pending JP2021005534A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019120016A JP2021005534A (en) 2019-06-27 2019-06-27 Fuel cell system and control method therefor
CN202080003910.9A CN112449731A (en) 2019-06-27 2020-06-26 Fuel cell system and control method thereof
PCT/JP2020/025370 WO2020262663A1 (en) 2019-06-27 2020-06-26 Fuel cell system and method for controlling same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019120016A JP2021005534A (en) 2019-06-27 2019-06-27 Fuel cell system and control method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021005534A true JP2021005534A (en) 2021-01-14

Family

ID=74061277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019120016A Pending JP2021005534A (en) 2019-06-27 2019-06-27 Fuel cell system and control method therefor

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2021005534A (en)
CN (1) CN112449731A (en)
WO (1) WO2020262663A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022118987A (en) * 2021-02-03 2022-08-16 トヨタ自動車株式会社 multicopter

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113782789B (en) * 2021-08-31 2022-03-18 金华氢途科技有限公司 Anode pressure protection method of fuel cell system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005353346A (en) * 2004-06-09 2005-12-22 Nissan Motor Co Ltd Vehicle housing system
WO2006009264A1 (en) * 2004-07-21 2006-01-26 Kyocera Corporation Fuel cell system
JP2016012530A (en) * 2014-06-30 2016-01-21 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP2016143624A (en) * 2015-02-05 2016-08-08 エムケー精工株式会社 Fuel battery power generation device
WO2019111886A1 (en) * 2017-12-07 2019-06-13 東芝燃料電池システム株式会社 Fuel cell system and control method for fuel cell system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208667B (en) * 2004-05-28 2012-10-03 益达科技有限责任公司 Utilization-based fuel cell monitoring and control
JP5295535B2 (en) * 2007-09-14 2013-09-18 東芝燃料電池システム株式会社 Fuel cell power generation system and ventilation control method thereof
FR2952232B1 (en) * 2009-10-30 2011-12-16 Michelin Soc Tech FUEL CELL AND PROCEDURE FOR STOPPING A FUEL CELL.
JP2016122548A (en) * 2014-12-24 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 Fuel battery system
US20190109331A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell system with improved ventilation
CN108916653B (en) * 2018-07-10 2020-08-18 北京交通大学 Hydrogen supply and regulation and control system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005353346A (en) * 2004-06-09 2005-12-22 Nissan Motor Co Ltd Vehicle housing system
WO2006009264A1 (en) * 2004-07-21 2006-01-26 Kyocera Corporation Fuel cell system
JP2016012530A (en) * 2014-06-30 2016-01-21 アイシン精機株式会社 Fuel cell system
JP2016143624A (en) * 2015-02-05 2016-08-08 エムケー精工株式会社 Fuel battery power generation device
WO2019111886A1 (en) * 2017-12-07 2019-06-13 東芝燃料電池システム株式会社 Fuel cell system and control method for fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022118987A (en) * 2021-02-03 2022-08-16 トヨタ自動車株式会社 multicopter
JP7472813B2 (en) 2021-02-03 2024-04-23 トヨタ自動車株式会社 Multicopter

Also Published As

Publication number Publication date
CN112449731A (en) 2021-03-05
WO2020262663A1 (en) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020262663A1 (en) Fuel cell system and method for controlling same
JP2008091337A (en) Method for managing increase in fuel cell power using airflow feedback delay
JP2007035446A (en) Fuel cell system and gas leak detector
US10553886B2 (en) Generation of oxygen depleted air by a fuel cell system
KR20120100787A (en) Feeder for reducing gas pressure and cylinder cabinet, valve box, and substrate processing apparatus with the same
JP2013509678A (en) Fuel cell and method for deactivating fuel cell
TW201318259A (en) Fuel cell system
KR20140083739A (en) Control method for hydrogen leak detecting system of fuel cell vehicle
US20210399320A1 (en) Determining the mass flow of an exhaust gas constituent of a fuel cell
JP7257639B2 (en) fuel cell system
JP2006153857A (en) Deterioration detection system of hydrogen sensor, deterioration detection method, and deterioration detection system of hydrogen concentration measuring means
JP4212266B2 (en) Fuel cell power generation system and control method of fuel cell power generation system
JP2009211972A (en) Fuel cell system
KR20180025802A (en) Fuel cell power generation system
KR102687211B1 (en) hydrogen concentration sensor
US10135079B2 (en) Fuel cell system equipped with a hydrogen leakage detector
CN114038592A (en) Nuclear power plant primary circuit leakage rate monitoring method and device
JP2006210047A (en) Fuel cell system
JP2006196265A (en) Packaged power generation system and method for controlling ventilation thereof
US20240102957A1 (en) Electrochemical gas sensor, ozone generator, and humidifier
JP6581532B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2020510293A (en) Method for detecting leaks in an energy converter system
JP2007134287A (en) Estimation device and estimation method of fuel cell
US20070251331A1 (en) Method for Monitoring Duct Ventilation
JP6186956B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220906

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230228