JP2022114340A - fuel cell system - Google Patents

fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2022114340A
JP2022114340A JP2021010605A JP2021010605A JP2022114340A JP 2022114340 A JP2022114340 A JP 2022114340A JP 2021010605 A JP2021010605 A JP 2021010605A JP 2021010605 A JP2021010605 A JP 2021010605A JP 2022114340 A JP2022114340 A JP 2022114340A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
fuel cell
current flowing
voltage
cell system
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
JP2021010605A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大輔 小野
Daisuke Ono
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.)
Toyota Industries Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Toyota Motor 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 Toyota Industries Corp, Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2021010605A priority Critical patent/JP2022114340A/en
Publication of JP2022114340A publication Critical patent/JP2022114340A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To determine whether a motor-operated valve for controlling pressure and a flow rate of oxidant gas or the like supplied to a fuel cell while suppressing increase in manufacturing costs in a fuel cell system.SOLUTION: A fuel cell system 1 includes an air regulation valve ARV for changing an aperture in accordance with a current flowing into a motor and a control unit 3 for controlling a current flowing into the motor to a target current corresponding to a target aperture of the air regulation valve ARV by applying predetermined voltage V to the motor at a predetermined duty ratio r. The control unit 3, in voltage application time, applies the predetermined voltage V to the motor at a predetermined duty ratio r', and in monitoring time in which a current generated by voltage applied in voltage application time can be detected, determines that the air regulation valve ARV is in an abnormal state when a current I flowing into the motor is less than or equal to a threshold I.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.

燃料電池システムとして、ステッピングモータが駆動することにより開度が変化する電動弁を用いて、燃料電池に供給される酸化剤ガスなどの圧力や流量を制御するとともに、ステッピングモータに流れる電流が閾値以下である場合、電動弁が異常状態であると判断するものがある。関連する技術として、特許文献1がある。 As a fuel cell system, an electric valve whose degree of opening changes when driven by a stepping motor is used to control the pressure and flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel cell, and the current flowing through the stepping motor is below a threshold value. , it may be determined that the motor-operated valve is in an abnormal state. As a related technology, there is Patent Document 1.

特開2018-054585号公報JP 2018-054585 A

しかしながら、上記燃料電池システムでは、ステッピングモータが比較的高価であるため、製造コストが増大する懸念がある。 However, in the above fuel cell system, the stepping motor is relatively expensive, so there is a concern that the manufacturing cost will increase.

そこで、本発明の一側面に係る目的は、燃料電池システムにおいて、製造コストの増大を抑制しつつ、電動弁が異常であるか否かを判断することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of one aspect of the present invention to determine whether or not an electrically operated valve is abnormal while suppressing an increase in manufacturing costs in a fuel cell system.

本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、モータに流れる電流に応じて開度が変化する電動弁と、前記モータに所定電圧を第1の所定デューティ比で印加することで前記モータに流れる電流を前記電動弁の目標開度に対応する目標電流に制御する制御部とを備え、前記制御部は、電圧印加時間において、前記モータに前記所定電圧を第2の所定デューティ比で印加するとともに、前記電圧印加時間に印加した電圧により生じる電流を検出可能な監視時間において、前記モータに流れる電流または前記モータに流れる電流の単位時間あたりの変動幅が閾値以下である場合、前記電動弁が異常状態であると判断する。 A fuel cell system, which is one embodiment of the present invention, includes a motor-operated valve whose degree of opening changes according to current flowing through a motor, and a motor-operated valve that applies a predetermined voltage at a first predetermined duty ratio to the motor. a control unit for controlling the flowing current to a target current corresponding to the target opening of the electric valve, wherein the control unit applies the predetermined voltage to the motor at a second predetermined duty ratio during the voltage application time. In addition, when the current flowing through the motor or the variation width of the current flowing through the motor per unit time is equal to or less than a threshold during the monitoring time during which the current generated by the voltage applied during the voltage application time can be detected, the motor-operated valve is It is judged to be in an abnormal state.

これにより、モータに流れる電流に応じて開度が変化する電動弁が異常状態であるか否かを判断することができるため、電動弁のモータとして直流モータなどの比較的安価なモータを採用することができ、燃料電池システムの製造コストの増大を抑制することができる。
また、前記電動弁は、バタフライ弁としてもよい。
As a result, it is possible to determine whether or not the motor-operated valve, whose degree of opening changes according to the current flowing through the motor, is in an abnormal state. It is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the fuel cell system.
Also, the electric valve may be a butterfly valve.

一般に、バタフライ弁はモータに流れる電流に応じて開度を変化させることができるため、バタフライ弁を電動弁として容易に適用することができる。 In general, the butterfly valve can be easily applied as a motor-operated valve because the degree of opening of the butterfly valve can be changed according to the current flowing through the motor.

また、前記電動弁は、燃料電池に酸化剤ガスを供給するために用いられ、前記制御部は、前記燃料電池が起動指示され、前記燃料電池に燃料ガスを供給した後に、前記電動弁が異常状態でないと判断すると、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するように構成してもよい。 Further, the motor-operated valve is used to supply oxidant gas to the fuel cell, and the control unit controls the operation of the motor-operated valve after the fuel cell is instructed to start and the fuel gas is supplied to the fuel cell. It may be configured to supply the oxidant gas to the fuel cell when it is determined that the state is not met.

これにより、燃料電池が起動指示された後、電動弁が異常状態でないと判断し燃料電池に酸化剤ガスを供給した後に燃料ガスを供給する場合に比べて、燃料電池内の燃料ガスが足りない状態で燃料電池に酸化剤ガスが供給されることを抑制することができるため、燃料電池が劣化することを抑制することができる。また、電動弁が異常状態でないと判断してから燃料電池の発電を開始するまでの処理をスムーズに行うことができる。 As a result, after the fuel cell is instructed to start, the fuel gas in the fuel cell is insufficient compared to the case where the motor-operated valve determines that there is no abnormality and the oxidant gas is supplied to the fuel cell before the fuel gas is supplied. Since it is possible to suppress the oxidant gas from being supplied to the fuel cell in this state, it is possible to suppress deterioration of the fuel cell. In addition, it is possible to smoothly carry out the processing from when it is determined that the motor-operated valve is not in an abnormal state to when the fuel cell starts to generate power.

本発明によれば、燃料電池システムにおいて、製造コストの増大を抑制しつつ、燃料電池に供給される酸化剤ガスなどの圧力や流量を制御する電動弁が異常であるか否かを判断することができる。 According to the present invention, in a fuel cell system, it is possible to determine whether or not an electric valve that controls the pressure and flow rate of an oxidant gas or the like supplied to a fuel cell is abnormal while suppressing an increase in manufacturing costs. can be done.

実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows an example of the fuel cell system of embodiment. モータに印加される電圧とモータに流れる電流の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of voltage applied to a motor and current flowing through the motor; モータに印加される電圧とモータに流れる電流の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of voltage applied to a motor and current flowing through the motor; 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of the operation of a control unit;

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a fuel cell system according to an embodiment.

図1に示す燃料電池システム1は、フォークリフトなどの産業車両や自動車などの車両Veに搭載され、負荷Loなどに電力を供給する。なお、負荷Loは、車両Veに搭載される走行用モータを駆動するインバータや電装部品などである。 A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 is mounted on an industrial vehicle such as a forklift or a vehicle Ve such as an automobile, and supplies electric power to a load Lo and the like. It should be noted that the load Lo is an inverter, electrical components, and the like that drive a running motor mounted on the vehicle Ve.

また、燃料電池システム1は、燃料電池FCと、水素タンクHTと、インジェクタINJと、エアコンプレッサACPと、エア調圧弁ARV(電動弁)と、エアシャット弁ASV(電動弁)と、排気排水弁EDV(電動弁)と、DCDCコンバータCNVと、蓄電装置Bと、記憶部2と、制御部3とを備える。 Further, the fuel cell system 1 includes a fuel cell FC, a hydrogen tank HT, an injector INJ, an air compressor ACP, an air pressure regulating valve ARV (motorized valve), an air shutoff valve ASV (motorized valve), and an exhaust and drain valve. An EDV (electrically operated valve), a DCDC converter CNV, a power storage device B, a storage unit 2, and a control unit 3 are provided.

燃料電池FCは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス(水素ガスなど)に含まれる水素と酸化剤ガス(空気など)に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。 A fuel cell FC is a fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells connected in series with each other. Electricity is generated by an electrochemical reaction.

水素タンクHTは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクHTに貯蔵された燃料ガスはインジェクタINJを介して燃料電池FCに供給される。 The hydrogen tank HT is a fuel gas storage container. The fuel gas stored in the hydrogen tank HT is supplied to the fuel cell FC through the injector INJ.

インジェクタINJは、燃料電池FCに供給される燃料ガスの流量を調整する。
エアコンプレッサACPは、燃料電池FCに酸化剤ガスを供給する。
The injector INJ adjusts the flow rate of fuel gas supplied to the fuel cell FC.
The air compressor ACP supplies oxidant gas to the fuel cell FC.

エア調圧弁ARVは、モータのトルクにより開度が変化するバタフライ弁であって、エアコンプレッサACPからエアシャット弁ASVを介して燃料電池FCに供給される酸化剤ガスの圧力や流量を調整する。なお、エア調圧弁ARVに備えられるモータは、直流モータなどにより構成され、モータに流れる電流が大きいほど、モータのトルクが大きくなるものとする。例えば、モータに電流が流れていないとき、すなわち、モータのトルクがゼロであるとき、エア調圧弁ARVに備えられる不図示のばねによりエア調圧弁ARVの開度がゼロに保持されるものとする。また、モータに目標電流が流れているとき、すなわち、モータのトルクが目標トルクであるとき、ばねの付勢力とモータのトルクとがつり合いエア調圧弁ARVの開度が目標開度に保持されるものとする。すなわち、モータに流れる電流に応じてエア調圧弁ARVの開度が変化するものとする。 The air pressure regulating valve ARV is a butterfly valve whose degree of opening changes according to the torque of the motor, and adjusts the pressure and flow rate of the oxidant gas supplied from the air compressor ACP to the fuel cell FC via the air shut valve ASV. It should be noted that the motor provided in the air pressure regulating valve ARV is composed of a DC motor or the like, and the torque of the motor increases as the current flowing through the motor increases. For example, when no current flows through the motor, that is, when the torque of the motor is zero, the opening of the air pressure regulating valve ARV is held at zero by a spring (not shown) provided in the air pressure regulating valve ARV. . Further, when a target current is flowing through the motor, that is, when the torque of the motor is the target torque, the biasing force of the spring and the torque of the motor are in balance, and the opening of the air pressure regulating valve ARV is held at the target opening. shall be That is, it is assumed that the opening degree of the air pressure regulating valve ARV changes according to the current flowing through the motor.

エアシャット弁ASVは、モータのトルクにより開度が変化するバタフライ弁であって、エアコンプレッサACPから燃料電池FCに供給される酸化剤ガスを遮断する。なお、エアシャット弁ASVに備えられるモータは、エア調圧弁ARVに備えられるモータと同様に、直流モータなどにより構成され、モータに流れる電流に応じてエアシャット弁ASVの開度が変化するものとする。 The air shut valve ASV is a butterfly valve whose degree of opening changes according to the torque of the motor, and cuts off the oxidant gas supplied from the air compressor ACP to the fuel cell FC. The motor provided for the air shut valve ASV is composed of a direct current motor or the like like the motor provided for the air pressure regulating valve ASV. do.

排気排水弁EDVは、モータのトルクにより開度が変化するバタフライ弁であって、燃料電池FCから外部に排出される水素ガスや水の流量を調整する。なお、排気排水弁EDVに備えられるモータは、エア調圧弁ARVに備えられるモータと同様に、直流モータなどにより構成され、モータに流れる電流に応じて排気排水弁EDVの開度が変化するものとする。 The exhaust/drain valve EDV is a butterfly valve whose degree of opening changes according to the torque of the motor, and adjusts the flow rate of hydrogen gas and water discharged from the fuel cell FC to the outside. The motor provided for the exhaust/drain valve EDV is composed of a DC motor or the like, similar to the motor provided for the air pressure regulating valve ARV. do.

DCDCコンバータCNVは、燃料電池FCと蓄電装置Bとの間に設けられ、燃料電池FCから出力される電力を蓄電装置Bに供給する。 The DCDC converter CNV is provided between the fuel cell FC and the power storage device B, and supplies the power storage device B with electric power output from the fuel cell FC.

蓄電装置Bは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、負荷Loに電力を供給する。 The power storage device B is configured by a lithium ion capacitor or the like, and supplies power to the load Lo.

記憶部2は、RAM(Random Access Memory)などのメモリにより構成され、後述する、所定デューティ比r、所定デューティ比r´、電圧印加時間、監視時間、及び閾値Ithなどを記憶する。 The storage unit 2 is configured by a memory such as a RAM (Random Access Memory), and stores a predetermined duty ratio r, a predetermined duty ratio r', a voltage application time, a monitoring time, a threshold value Ith, and the like, which will be described later.

制御部3は、マイクロコンピュータなどにより構成され、燃料電池FCが起動指示されると、蓄電装置Bの電圧などに応じた電力が燃料電池FCからDCDCコンバータCNVを介して蓄電装置Bに供給されるように、インジェクタINJ、エアコンプレッサACP、エア調圧弁ARV、エアシャット弁ASV、排気排水弁EDV、及びDCDCコンバータCNVのそれぞれの動作を制御する。なお、起動指示とは、車両Veのオペレータにより車両Veが起動指示される場合のほか、オペレータにより燃料電池システム1が直接起動指示された場合や、制御部3に内蔵されたタイマ等により燃料電池システム1が制御部3によって自発的に起動する場合を含む。 The control unit 3 is composed of a microcomputer or the like, and when the fuel cell FC is instructed to start, electric power corresponding to the voltage of the power storage device B is supplied from the fuel cell FC to the power storage device B via the DCDC converter CNV. , the injector INJ, the air compressor ACP, the air pressure regulating valve ARV, the air shut valve ASV, the exhaust drain valve EDV, and the DCDC converter CNV. In addition, the activation instruction includes the case where the operator of the vehicle Ve issues an instruction to activate the vehicle Ve, the case where the operator directly issues an instruction to activate the fuel cell system 1, and the case where the fuel cell system 1 is activated by a timer or the like incorporated in the control unit 3. It includes the case where the system 1 is spontaneously activated by the control unit 3 .

例えば、制御部3は、エア調圧弁ARVに備えられるモータに所定電圧Vを所定デューティ比r(第1の所定デューティ比)で印加することでモータに流れる電流をエア調圧弁ARVの目標開度に対応する目標電流に制御する。なお、所定デューティ比rは、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧Vが一定時間T1印加された後、モータに電圧が一定時間T2印加されないことが繰り返される場合における一定時間T1に対する一定時間T2の割合とする。 For example, the control unit 3 applies a predetermined voltage V at a predetermined duty ratio r (first predetermined duty ratio) to a motor provided in the air pressure regulating valve ARV, thereby adjusting the current flowing through the motor to the target opening degree of the air pressure regulating valve ARV. is controlled to the target current corresponding to It should be noted that the predetermined duty ratio r is defined as the ratio between the constant time T1 and the constant time T2 when the motor of the air pressure regulating valve ARV is repeatedly applied with the predetermined voltage V for the constant time T1 and then the voltage is not applied to the motor for the constant time T2. percentage.

ここで、図2(a)は、モータに流れる電流を目標電流に制御する場合にモータに印加される電圧の一例を示す図である。図2(a)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図2(a)に示す実線はモータに印加される電圧を示している。また、図2(b)は、モータに流れる電流を目標電流に制御する場合にモータに流れる電流の一例を示す図である。図2(b)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。また、図2(b)に示す実線はモータに流れる電流を示している。また、図2(b)に示す破線はモータに流れる電流の移動平均を示している。 Here, FIG. 2(a) is a diagram showing an example of the voltage applied to the motor when controlling the current flowing through the motor to the target current. The horizontal axis of the two-dimensional coordinates shown in FIG. 2A indicates time, and the vertical axis indicates voltage. Further, the solid line shown in FIG. 2(a) indicates the voltage applied to the motor. FIG. 2B is a diagram showing an example of the current flowing through the motor when the current flowing through the motor is controlled to the target current. The horizontal axis of the two-dimensional coordinates shown in FIG. 2B indicates time, and the vertical axis indicates current. Further, the solid line shown in FIG. 2(b) indicates the current flowing through the motor. The dashed line shown in FIG. 2(b) indicates the moving average of the current flowing through the motor.

図2(a)及び図2(b)では、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧Vが所定デューティ比rで印加されることで、モータに流れる電流の移動平均がゼロから目標電流まで徐々に上昇している。すなわち、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧Vが所定デューティ比rで印加されることで、モータに流れる電流が目標電流に制御されるものとする。 2(a) and 2(b), a predetermined voltage V is applied to the motor of the air pressure regulating valve ARV at a predetermined duty ratio r, so that the moving average of the current flowing through the motor gradually increases from zero to the target current. It is rising. That is, it is assumed that the current flowing through the motor is controlled to the target current by applying a predetermined voltage V with a predetermined duty ratio r to the motor of the air pressure regulating valve ARV.

また、制御部3は、電圧印加時間において、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧を所定デューティ比r´(第2の所定デューティ比)で印加するとともに、電圧印加時間と同じ開始時刻で電圧印加時間より長い監視時間において、エア調圧弁ARVのモータに流れる電流が閾値Ithより大きくなる場合、エア調圧弁ARVが正常状態(エア調圧弁ARVのモータの電力線が断線していない状態)であると判断する。なお、所定デューティ比r´は、一定時間T1に対する一定時間T2の割合とする。また、電圧印加時間は、モータに印加される電圧とモータに流れる電流との関係を示す特性やモータに流れる電流に含まれるノイズなどに基づいて予め求められているものとする。また、監視時間は、エア調圧弁ARVのモータが正常状態である場合においてモータに所定電圧Vが所定デューティ比r´で電圧印加時間印加された後に遅れてモータに流れる電流が最大値になるタイミングが含まれるように予め設定されているものとする。また、閾値Ithは、エア調圧弁ARVのモータが正常状態である場合においてモータに所定電圧Vが所定デューティ比r´で電圧印加時間印加された後に遅れてモータに流れる電流の最大値に基づいて予め設定されているものとする。 Further, the control unit 3 applies a predetermined voltage to the motor of the air pressure regulating valve ARV at a predetermined duty ratio r' (second predetermined duty ratio) during the voltage application time, and applies the voltage at the same start time as the voltage application time. If the current flowing through the motor of the air pressure regulating valve ARV becomes larger than the threshold value Ith during the monitoring time longer than the time, it is determined that the air pressure regulating valve ARV is in a normal state (the power line of the motor of the air pressure regulating valve ARV is not disconnected). to decide. The predetermined duty ratio r' is the ratio of the constant time T2 to the constant time T1. It is also assumed that the voltage application time is obtained in advance based on the characteristics indicating the relationship between the voltage applied to the motor and the current flowing through the motor, noise contained in the current flowing through the motor, and the like. The monitoring time is the timing when the current flowing through the motor reaches its maximum value with a delay after the predetermined voltage V is applied to the motor at a predetermined duty ratio r' when the motor of the air pressure regulating valve ARV is in a normal state. It is assumed that it is set in advance so that Further, the threshold value Ith is based on the maximum value of the current that flows through the motor with a delay after the predetermined voltage V is applied to the motor at the predetermined duty ratio r' when the motor of the air pressure regulating valve ARV is in a normal state. It is assumed that it is set in advance.

また、制御部3は、電圧印加時間において、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧Vを所定デューティ比r´で印加するとともに、監視時間において、エア調圧弁ARVのモータに流れる電流が閾値Ith以下である場合、エア調圧弁ARVが異常状態(エア調圧弁ARVのモータの電力線が断線している状態)であると判断する。 Further, the control unit 3 applies a predetermined voltage V at a predetermined duty ratio r' to the motor of the air pressure regulating valve ARV during the voltage application time, and the current flowing through the motor of the air pressure regulating valve ARV is equal to or less than the threshold value Ith during the monitoring time. , it is determined that the air pressure regulating valve ARV is in an abnormal state (the power line of the motor of the air pressure regulating valve ARV is disconnected).

ここで、図3(a)は、モータに印加される所定電圧Vの所定デューティ比r´及びエア調圧弁ARVが正常状態である場合においてモータに流れる電流の一例を示す図である。図3(a)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は所定デューティ比r´または電流を示している。また、図3(a)に示す破線は所定デューティ比r´を示し、実線はモータに流れる電流を示している。 Here, FIG. 3A is a diagram showing an example of the current flowing through the motor when the predetermined duty ratio r' of the predetermined voltage V applied to the motor and the air pressure regulating valve ARV are in a normal state. The horizontal axis of the two-dimensional coordinates shown in FIG. 3(a) indicates time, and the vertical axis indicates the predetermined duty ratio r' or current. The dashed line shown in FIG. 3(a) indicates the predetermined duty ratio r', and the solid line indicates the current flowing through the motor.

図3(a)では、電圧印加時間の所定デューティ比r´は100[%]になっている。また、監視時間の一部の時間において、モータに流れる電流が閾値Ithより大きくなっている。なお、所定デューティ比r´は、エア調圧弁ARVが正常状態である場合においてモータに流れる電流を監視時間内で閾値Ithより大きくすることができる値であれば、100[%]に限定されない。 In FIG. 3A, the predetermined duty ratio r' of the voltage application time is 100[%]. Also, the current flowing through the motor is greater than the threshold Ith during part of the monitoring time. Note that the predetermined duty ratio r' is not limited to 100[%] as long as it is a value that allows the current flowing through the motor to be greater than the threshold value Ith within the monitoring time when the air pressure regulating valve ARV is in a normal state.

図3(b)は、モータに印加される所定電圧Vの所定デューティ比r´及びエア調圧弁ARVが異常状態である場合においてモータに流れる電流の一例を示す図である。図3(b)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は所定デューティ比r´または電流を示している。また、図3(b)に示す破線は所定デューティ比r´を示し、実線はモータに流れる電流を示している。 FIG. 3B is a diagram showing an example of the current flowing through the motor when the predetermined duty ratio r' of the predetermined voltage V applied to the motor and the air pressure regulating valve ARV are in an abnormal state. The horizontal axis of the two-dimensional coordinates shown in FIG. 3(b) indicates time, and the vertical axis indicates the predetermined duty ratio r' or current. Also, the dashed line shown in FIG. 3(b) indicates the predetermined duty ratio r', and the solid line indicates the current flowing through the motor.

図3(b)では、電圧印加時間の所定デューティ比r´は100[%]になっている。また、監視時間のすべての時間において、モータに流れる電流がほぼゼロになっている。 In FIG. 3B, the predetermined duty ratio r' of the voltage application time is 100[%]. In addition, the current flowing through the motor is almost zero during the entire monitoring time.

図4は、燃料電池FCの発電開始処理を行う際の制御部3の動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flow chart showing an example of the operation of the control unit 3 when performing power generation start processing of the fuel cell FC.

まず、制御部3は、燃料電池FCが起動指示されると(ステップS1:Yes)、燃料電池システム1に備えられる不図示の各種センサ(エア調圧弁ARVのモータに印加される電圧を計測するセンサやエア調圧弁ARVのモータに流れる電流を計測するセンサなど)や各種スイッチ(DCDCコンバータCNVと蓄電装置Bとの間に接続されるスイッチなど)が正常状態であるか否かを判断する(ステップS2)。 First, when the fuel cell FC is instructed to start (step S1: Yes), the control unit 3 measures the voltage applied to the motor of various sensors (not shown) provided in the fuel cell system 1 (air pressure regulating valve ARV). sensor, a sensor for measuring the current flowing in the motor of the air pressure regulating valve ARV, etc.) and various switches (such as a switch connected between the DCDC converter CNV and the power storage device B) are in a normal state ( step S2).

次に、制御部3は、各種センサや各種スイッチが異常状態であると判断すると(ステップS2:No)、エラーが発生している旨をユーザに報知し(ステップS3)、燃料電池FCの発電開始処理を終了する。 Next, when the controller 3 determines that various sensors and switches are in an abnormal state (step S2: No), the controller 3 notifies the user of the occurrence of an error (step S3), and controls power generation of the fuel cell FC. End start processing.

一方、制御部3は、各種センサや各種スイッチが正常状態であると判断すると(ステップS2:Yes)、燃料電池FCへの燃料ガスの供給を開始し(ステップS4)、燃料ガスの供給が終了すると(ステップS5:Yes)、電圧印加時間において、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧Vを所定デューティ比r´で印加させるとともに、監視時間において、エア調圧弁ARVのモータに流れる電流を取得する(ステップS6)。 On the other hand, when the control unit 3 determines that various sensors and various switches are in a normal state (step S2: Yes), the control unit 3 starts supplying the fuel gas to the fuel cell FC (step S4), and ends the supply of the fuel gas. Then (step S5: Yes), the motor of the air pressure regulating valve ARV is applied with a predetermined voltage V at a predetermined duty ratio r' during the voltage application time, and the current flowing through the motor of the air pressure regulating valve ARV is acquired during the monitoring time. (Step S6).

次に、制御部3は、ステップS6で取得した電流が閾値Ithより大きい場合(ステップS7:Yes)、燃料電池FCへの酸化剤ガスの供給を開始させることにより燃料電池FCの発電を開始させる(ステップS8)。 Next, when the current obtained in step S6 is greater than the threshold value Ith (step S7: Yes), the control unit 3 starts power generation of the fuel cell FC by starting the supply of the oxidant gas to the fuel cell FC. (Step S8).

一方、制御部3は、ステップS6で取得した電流が閾値Ith以下であった場合(ステップS7:No)、エア調圧弁ARVが異常状態であると判断し(ステップS9)、エラーが発生している旨をユーザに報知し(ステップS10)、燃料電池FCの発電開始処理を終了する。 On the other hand, when the current obtained in step S6 is equal to or less than the threshold value Ith (step S7: No), the control unit 3 determines that the air pressure regulating valve ARV is in an abnormal state (step S9), and an error occurs. The user is notified of the presence (step S10), and the power generation start processing of the fuel cell FC ends.

なお、制御部3は、監視時間において、エア調圧弁ARVのモータに流れる電流の単位時間当たりの変動幅を取得し、その変動幅が閾値ΔIth以下であった場合、エア調圧弁ARVが異常状態であると判断するように構成してもよい。なお、閾値ΔIthは、エア調圧弁ARVのモータが正常状態である場合においてモータに所定電圧Vが所定デューティ比r´で電圧印加時間印加された後に遅れてモータに流れる電流の単位時間あたりの変動幅の最大値に基づいて予め設定されているものとする。 During the monitoring time, the control unit 3 acquires the fluctuation range per unit time of the current flowing through the motor of the air pressure regulating valve ARV. It may be configured to determine that Note that the threshold ΔIth is the variation per unit time of the current flowing through the motor with a delay after the predetermined voltage V is applied to the motor at the predetermined duty ratio r′ when the motor of the air pressure regulating valve ARV is in a normal state. It shall be set in advance based on the maximum width.

このように、実施形態の燃料電池システム1では、電圧印加時間において、エア調圧弁ARVのモータに所定電圧Vを所定デューティ比r´で印加するとともに、監視時間において、モータに流れる電流が閾値Ith以下である場合、または、モータに流れる電流の単位時間あたりの変動幅が閾値ΔIth以下である場合、エア調圧弁ARVが異常状態であると判断する構成である。これにより、モータに流れる電流に応じて開度が変化するエア調圧弁ARVが異常状態であるか否かを判断することができるため、エア調圧弁ARVのモータとして直流モータなどの比較的安価なモータを採用することができ、燃料電池システム1の製造コストの増大を抑制することができる。 As described above, in the fuel cell system 1 of the embodiment, during the voltage application time, the predetermined voltage V is applied to the motor of the air pressure regulating valve ARV at a predetermined duty ratio r', and during the monitoring time, the current flowing through the motor reaches the threshold Ith or less, or when the variation per unit time of the current flowing through the motor is equal to or less than the threshold value ΔIth, it is determined that the air pressure regulating valve ARV is in an abnormal state. As a result, it is possible to determine whether or not the air pressure regulating valve ARV, whose degree of opening changes according to the current flowing through the motor, is in an abnormal state. A motor can be employed, and an increase in manufacturing cost of the fuel cell system 1 can be suppressed.

また、実施形態の燃料電池システム1では、エア調圧弁ARVをバタフライ弁とする構成である。一般に、バタフライ弁はモータに流れる電流に応じて開度を変化させることができるため、バタフライ弁をエア調圧弁ARVとして容易に適用することができる。また、バタフライ弁は、弁を閉じる方向にばね等の復元力が働いているため、エア調圧弁ARVのモータに第2の所定デューティ比で電流を印加したとしても、バタフライ弁の開度に影響を与えにくい。 Further, in the fuel cell system 1 of the embodiment, the air pressure regulating valve ARV is configured as a butterfly valve. In general, the butterfly valve can be easily applied as the air pressure regulating valve ARV because the opening degree of the butterfly valve can be changed according to the current flowing through the motor. In addition, since the butterfly valve has a restoring force such as a spring acting in the direction of closing the valve, even if a current is applied to the motor of the air pressure regulating valve ARV at the second predetermined duty ratio, the degree of opening of the butterfly valve will be affected. hard to give

また、実施形態の燃料電池システム1では、燃料電池FCが起動指示され、燃料電池FCに燃料ガスを供給した後に、エア調圧弁ARVが異常状態でないと判断すると、燃料電池FCに酸化剤ガスを供給する構成である。これにより、エア調圧弁ARVが異常状態でないと判断されて燃料電池FCに酸化剤ガスが供給された後に燃料ガスが供給される場合に比べて、燃料電池FC内の燃料ガスが足りない状態で燃料電池FCに酸化剤ガスが供給されることを抑制することができるため、燃料電池FCが劣化することを抑制することができる。また、エア調圧弁ARVが異常状態でないと判断してから燃料電池FCの発電を開始するまでの処理をスムーズに行うことができる。 Further, in the fuel cell system 1 of the embodiment, after the fuel cell FC is instructed to start and the fuel gas is supplied to the fuel cell FC, when it is determined that the air pressure regulating valve ARV is not in an abnormal state, the oxidant gas is supplied to the fuel cell FC. It is a configuration to supply. As a result, compared with the case where the air pressure regulating valve ARV is determined not to be in an abnormal state and the fuel gas is supplied after the oxidant gas is supplied to the fuel cell FC, the fuel gas in the fuel cell FC is insufficient. Since the supply of the oxidant gas to the fuel cell FC can be suppressed, deterioration of the fuel cell FC can be suppressed. In addition, it is possible to smoothly perform the processing from when it is determined that the air pressure regulating valve ARV is not in an abnormal state to when the power generation of the fuel cell FC is started.

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

例えば、制御部3は、電圧印加時間において、エアシャット弁ASVのモータに所定電圧Vを所定デューティ比r´で印加するとともに、監視時間において、エアシャット弁ASVのモータに流れる電流が閾値Ith以下である場合、または、エアシャット弁ASVのモータに流れる電流の単位時間あたりの変動幅が閾値ΔIth以下である場合、エアシャット弁ASVが異常状態であると判断するように構成してもよい。 For example, the control unit 3 applies a predetermined voltage V at a predetermined duty ratio r' to the motor of the air shut valve ASV during the voltage application time, and the current flowing through the motor of the air shut valve ASV is equal to or less than the threshold value Ith during the monitoring time. , or when the variation per unit time of the current flowing through the motor of the air shut valve ASV is equal to or less than the threshold value ΔIth, it may be determined that the air shut valve ASV is in an abnormal state.

また、制御部3は、電圧印加時間において、排気排水弁ECVのモータに所定電圧Vを所定デューティ比r´で印加するとともに、監視時間において、排気排水弁EDVのモータに流れる電流が閾値Ith以下である場合、または、排気排水弁EDVのモータに流れる電流の単位時間あたりの変動幅が閾値ΔIth以下である場合、排気排水弁EDVが異常状態であると判断するように構成してもよい。 Further, the control unit 3 applies the predetermined voltage V to the motor of the exhaust/drain valve ECV at a predetermined duty ratio r' during the voltage application time, and the current flowing through the motor of the exhaust/drain valve EDV is equal to or less than the threshold value Ith during the monitoring time. , or when the variation per unit time of the current flowing through the motor of the exhaust/drain valve EDV is equal to or less than the threshold value ΔIth, it may be determined that the exhaust/drain valve EDV is in an abnormal state.

また、監視時間の開始時刻は、電圧印加時間と同じ開始時刻でなくてもよい。すなわち、監視時間は、エア調圧弁ARVのモータが正常状態である場合においてモータに所定電圧Vが所定デューティ比r´で電圧印加時間印加された後に、遅れてモータに流れる電流を検出できる時間を満たすように、開始時刻が設定されればよい。 Also, the start time of the monitoring time does not have to be the same start time as the voltage application time. That is, when the motor of the air pressure regulating valve ARV is in a normal state, the monitoring time is the time during which the current flowing through the motor can be detected with a delay after the predetermined voltage V is applied to the motor at the predetermined duty ratio r' for the voltage application time. The start time should be set so as to satisfy the requirement.

1 燃料電池システム
2 記憶部
3 制御部
Ve 車両
Lo 負荷
FC 燃料電池
HT 水素タンク
INJ インジェクタ
ACP エアコンプレッサ
ARV エア調圧弁
ASV エアシャット弁
EDV 排気排水弁
CNV DCDCコンバータ
B 蓄電装置
1 Fuel cell system 2 Storage unit 3 Control unit Ve Vehicle Lo Load FC Fuel cell HT Hydrogen tank INJ Injector ACP Air compressor ARV Air pressure control valve ASV Air shut valve EDV Exhaust drain valve CNV DCDC converter B Power storage device

Claims (3)

モータに流れる電流に応じて開度が変化する電動弁と、
前記モータに所定電圧を第1の所定デューティ比で印加することで前記モータに流れる電流を前記電動弁の目標開度に対応する目標電流に制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、電圧印加時間において、前記モータに前記所定電圧を第2の所定デューティ比で印加するとともに、前記電圧印加時間に印加した電圧により生じる電流を検出可能な監視時間において、前記モータに流れる電流または前記モータに流れる電流の単位時間あたりの変動幅が閾値以下である場合、前記電動弁が異常状態であると判断する
ことを特徴とする燃料電池システム。
a motor-operated valve whose degree of opening changes according to the current flowing through the motor;
a control unit that applies a predetermined voltage to the motor at a first predetermined duty ratio to control current flowing through the motor to a target current corresponding to a target opening of the electric valve;
with
The control unit applies the predetermined voltage to the motor at a second predetermined duty ratio during the voltage application time, and applies the voltage to the motor during the monitoring time during which a current generated by the voltage applied during the voltage application time can be detected. A fuel cell system, wherein the motor-operated valve is determined to be in an abnormal state when a fluctuation range per unit time of the current flowing or the current flowing to the motor is equal to or less than a threshold value.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記電動弁は、バタフライ弁である
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
A fuel cell system, wherein the electric valve is a butterfly valve.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記電動弁は、燃料電池に酸化剤ガスを供給するために用いられ、
前記制御部は、前記燃料電池が起動指示され、前記燃料電池に燃料ガスを供給した後に、前記電動弁が異常状態でないと判断すると、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する
ことを特徴とする燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The electric valve is used to supply oxidant gas to the fuel cell,
The control unit supplies oxidant gas to the fuel cell when it is determined that the motor-operated valve is not in an abnormal state after the fuel cell is instructed to start and the fuel gas is supplied to the fuel cell. fuel cell system.
JP2021010605A 2021-01-26 2021-01-26 fuel cell system Pending JP2022114340A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021010605A JP2022114340A (en) 2021-01-26 2021-01-26 fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021010605A JP2022114340A (en) 2021-01-26 2021-01-26 fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022114340A true JP2022114340A (en) 2022-08-05

Family

ID=82658475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021010605A Pending JP2022114340A (en) 2021-01-26 2021-01-26 fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022114340A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4915049B2 (en) Fuel cell system
KR100987738B1 (en) Fuel cell system and mobile object
US11050072B2 (en) Fuel cell system and operation control method of the same
JP6090468B2 (en) Fuel cell system
US8815423B2 (en) Fuel cell system comprising voltage adjustment portion, control method for the fuel cell system, and vehicle equipped with the fuel cell system
JP5041010B2 (en) Fuel cell system
US11631871B2 (en) Startup control method and control system for fuel cell
KR101897338B1 (en) Shut down system and control method of fuel cell vehicle
CN107914588B (en) Industrial vehicle equipped with fuel cell system
JP5007797B2 (en) Fuel cell system
WO2013065132A1 (en) Fuel cell output control apparatus
JP4240234B1 (en) Fuel cell system
WO2010113000A1 (en) Fuel cell system, and vehicle equipped with the fuel cell system
CN108987769B (en) Fuel cell system start-up using voltage profile control
US11611095B2 (en) Fuel cell system
JP2004193063A (en) Fuel cell system
JP2022114340A (en) fuel cell system
JP5808774B2 (en) Fuel cell system mounted on vehicle
WO2009010119A1 (en) Fuel cell system for a vehicle, method for monitoring a or the fuel cell system
JP6621727B2 (en) Fuel cell system mounted on industrial vehicles
KR101829510B1 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2009129679A (en) Fuel cell system
JP2018022667A (en) Fuel cell system
JP2002184442A (en) Fuel cell control system
JP2023055497A (en) fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210304