JP2023062301A - fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.
燃料電池システムとして、タンクから遮断弁、レギュレータ、及びインジェクタを介して燃料電池に燃料ガスを供給することで燃料電池を発電させているとき、レギュレータとインジェクタとの間に残留する燃料ガスの圧力を検出する中圧センサが正常でない場合、遮断弁を閉じた後、レギュレータとインジェクタとの間に残留する燃料ガスにより燃料電池を継続して発電させるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。 As a fuel cell system, when fuel gas is supplied from a tank to the fuel cell through a shut-off valve, a regulator, and an injector to generate power, the pressure of the fuel gas remaining between the regulator and the injector is reduced. In some cases, when the intermediate pressure sensor that detects the pressure is not normal, the fuel gas remaining between the regulator and the injector continues to generate power after the shutoff valve is closed. As a related technology, there is Patent Document 1.
しかしながら、上記燃料電池システムでは、中圧センサが正常でない場合、レギュレータとインジェクタとの間に残留する燃料ガスが全て消費されてしまうと、燃料電池の発電を継続させることができないという懸念がある。 However, in the above fuel cell system, if the intermediate pressure sensor is not normal, there is a concern that if all the fuel gas remaining between the regulator and the injector is consumed, the fuel cell will not be able to continue power generation.
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、レギュレータとインジェクタとの間に残留する燃料ガスの圧力を検出する中圧センサが正常でない場合でも、燃料電池の発電を継続させることである。 An object of one aspect of the present invention is to allow a fuel cell system to continue power generation even when a medium pressure sensor that detects the pressure of fuel gas remaining between a regulator and an injector is not normal. .
本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池に燃料ガスを噴射するインジェクタと、タンクに貯蔵される燃料ガスを前記インジェクタに供給するレギュレータと、前記レギュレータと前記インジェクタとの間に残留する燃料ガスの圧力を検出する中圧センサと、前記インジェクタと前記燃料電池との間に残留する燃料ガスの圧力を検出する低圧センサと、前記インジェクタの動作を制御する制御部とを備える。 A fuel cell system according to one aspect of the present invention includes an injector that injects fuel gas into a fuel cell, a regulator that supplies fuel gas stored in a tank to the injector, and a fuel cell between the regulator and the injector. A medium pressure sensor that detects the pressure of the remaining fuel gas, a low pressure sensor that detects the pressure of the fuel gas that remains between the injector and the fuel cell, and a controller that controls the operation of the injector.
前記制御部は、前記中圧センサが正常である場合、前記燃料電池の発電に必要な前記燃料電池への燃料ガスの噴射量及び前記中圧センサにより検出される圧力と前記低圧センサにより検出される圧力との圧力差により求められる前記燃料電池への燃料ガスの噴射時間が経過するまで前記燃料電池に燃料ガスを噴射させた後、前記中圧センサにより検出される圧力が所定圧力になると、前記所定圧力を記憶部に記憶し、前記中圧センサが正常でない場合、前記燃料電池の発電に必要な前記燃料電池への燃料ガスの噴射量及び前記記憶部に記憶される所定圧力と前記低圧センサにより検出される圧力との圧力差により求められる前記燃料電池への燃料ガスの噴射時間が経過するまで前記燃料電池に燃料ガスを噴射させる。 When the intermediate pressure sensor is normal, the control unit controls the amount of fuel gas injected into the fuel cell required for power generation of the fuel cell, the pressure detected by the intermediate pressure sensor, and the pressure detected by the low pressure sensor. After injecting the fuel gas into the fuel cell until the injection time of the fuel gas into the fuel cell, which is determined from the pressure difference between The predetermined pressure is stored in a storage unit, and when the intermediate pressure sensor is not normal, the injection amount of fuel gas to the fuel cell necessary for power generation of the fuel cell and the predetermined pressure stored in the storage unit and the low pressure The fuel cell is caused to inject fuel gas until the fuel gas injection time to the fuel cell, which is determined by the pressure difference from the pressure detected by the sensor, elapses.
これにより、中圧センサが正常でない場合でも、中圧センサが正常であるときに中圧センサにより検出された圧力を用いて、燃料電池の発電に必要な燃料ガスの噴射時間を求めることができるため、燃料電池を継続して発電させることができる。 As a result, even when the intermediate pressure sensor is not normal, the pressure detected by the intermediate pressure sensor when the intermediate pressure sensor is normal can be used to determine the fuel gas injection time required for power generation of the fuel cell. Therefore, the fuel cell can be continuously generated.
また、前記制御部は、前記中圧センサにより検出される圧力が第１閾値以上であり、かつ、前記第１閾値より大きい第２閾値以下である場合、前記中圧センサが正常であると判断し、前記中圧センサにより検出される圧力が前記第１閾値より小さくなると、または、前記中圧センサにより検出される圧力が前記第２閾値より大きくなると、前記中圧センサが正常でないと判断するように構成してもよい。 Further, the control unit determines that the intermediate pressure sensor is normal when the pressure detected by the intermediate pressure sensor is equal to or higher than a first threshold and is equal to or lower than a second threshold larger than the first threshold. However, when the pressure detected by the medium pressure sensor becomes smaller than the first threshold value, or when the pressure detected by the medium pressure sensor becomes larger than the second threshold value, it is determined that the medium pressure sensor is not normal. It may be configured as
また、前記制御部は、前記中圧センサが正常である場合で、かつ、前記燃料電池に燃料ガスを噴射させた後に前記中圧センサにより検出される圧力が前記燃料電池に燃料ガスを噴射させる前に前記中圧センサにより検出された圧力に戻った場合、前記燃料電池に燃料ガスを噴射させる前に前記中圧センサにより検出された圧力を前記所定圧力として前記記憶部に記憶するように構成してもよい。 Further, the control unit causes the fuel cell to inject the fuel gas when the pressure detected by the intermediate pressure sensor after the medium pressure sensor is normal and the fuel cell is caused to inject the fuel gas. When the pressure has returned to the pressure detected by the intermediate pressure sensor before, the pressure detected by the intermediate pressure sensor before injecting the fuel gas into the fuel cell is stored as the predetermined pressure in the storage unit. You may
これにより、中圧センサが正常でない場合、中圧センサだけでなくレギュレータも正常であるときに中圧センサにより検出された圧力を用いて、燃料ガスの噴射時間を求めることができるため、噴射時間の精度を向上させることができる。 As a result, when the intermediate pressure sensor is not normal, the pressure detected by the intermediate pressure sensor when not only the intermediate pressure sensor but also the regulator is normal can be used to determine the fuel gas injection time. can improve the accuracy of
本発明によれば、燃料電池システムにおいて、レギュレータとインジェクタとの間に残留する燃料ガスの圧力を検出する中圧センサが正常でない場合でも、燃料電池の発電を継続させることができる。 According to the present invention, in a fuel cell system, power generation of the fuel cell can be continued even when the intermediate pressure sensor that detects the pressure of the fuel gas remaining between the regulator and the injector is not normal.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。 Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
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。 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ＦＣＳは、燃料電池ＦＣと、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂと、エアコンプレッサＡＣＰと、タンクＴと、レギュレータＲと、インジェクタＩＮＪと、高圧センサＳｐ１と、中圧センサＳｐ２と、低圧センサＳｐ３と、記憶部Ｍと、制御部ＣＮＴとを備え、外部の負荷Ｌｏに電力を供給する。 The fuel cell system FCS shown in FIG. 1 includes a fuel cell FC, a DCDC converter CNV, a power storage device B, an air compressor ACP, a tank T, a regulator R, an injector INJ, a high pressure sensor Sp1, and a medium pressure sensor. It has Sp2, a low pressure sensor Sp3, a storage unit M, and a control unit CNT, and supplies power to an external load Lo.
なお、燃料電池システムＦＣＳがフォークリフトなどの車両や電気自動車などの車両に搭載される場合、負荷Ｌｏは、走行モータを駆動するインバータ回路や電装機器などとする。 When the fuel cell system FCS is mounted on a vehicle such as a forklift or an electric vehicle, the load Lo is assumed to be an inverter circuit for driving a travel motor, electrical equipment, or the like.
また、燃料電池システムＦＣＳを定置型発電機として構成してもよい。 Also, the fuel cell system FCS may be configured as a stationary generator.
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.
ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、制御部ＣＮＴにより動作が制御されることで燃料電池ＦＣから出力される電圧を所定の電圧に変換する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力は、負荷Ｌｏ、エアコンプレッサＡＣＰやインジェクタＩＮＪなどの補機、及び蓄電装置Ｂに供給される。 The DCDC converter CNV converts the voltage output from the fuel cell FC into a predetermined voltage by being controlled by the controller CNT. Further, the electric power output from the DCDC converter CNV is supplied to the load Lo, auxiliary equipment such as the air compressor ACP and the injector INJ, and the power storage device B.
蓄電装置Ｂは、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 capacitor or the like, and supplies power to the load Lo.
エアコンプレッサＡＣＰは、燃料電池システムＦＣＳの周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮し燃料電池ＦＣに供給する。 The air compressor ACP compresses the oxidant gas existing around the fuel cell system FCS and supplies it to the fuel cell FC.
タンクＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。タンクＴに貯蔵された燃料ガスはレギュレータＲ及びインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。 The tank T is a fuel gas storage container. Fuel gas stored in the tank T is supplied to the fuel cell FC via a regulator R and an injector INJ.
レギュレータＲは、タンクＴとインジェクタＩＮＪとの間に設けられ、タンクＴから供給される燃料ガスを減圧してインジェクタＩＮＪに供給する。なお、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が一定値以上である場合、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスの圧力が減少すると、レギュレータＲの開度が大きくなり、レギュレータＲを通る燃料ガスの単位時間あたりの流量が多くなる。また、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が一定値以上である場合、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスの圧力が増加すると、レギュレータＲの開度が小さくなり、レギュレータＲを通る燃料ガスの単位時間あたりの流量が少なくなる。すなわち、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が一定値以上である場合、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスの圧力が所定圧力に保たれるようにレギュレータＲの開度が自律的に変化する。また、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が一定値以上でない場合、レギュレータＲの開度がゼロに保たれる。そのため、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が一定値以上でない場合、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスがインジェクタＩＮＪにより燃料電池ＦＣへ噴射される度に、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスの圧力が徐々に減少する。 The regulator R is provided between the tank T and the injector INJ, reduces the pressure of the fuel gas supplied from the tank T, and supplies it to the injector INJ. When the pressure of the fuel gas remaining between the tank T and the regulator R is equal to or higher than a certain value, when the pressure of the fuel gas remaining between the regulator R and the injector INJ decreases, the degree of opening of the regulator R increases. increases, and the flow rate of fuel gas passing through the regulator R per unit time increases. Further, when the pressure of the fuel gas remaining between the tank T and the regulator R is equal to or higher than a certain value, the opening of the regulator R increases as the pressure of the fuel gas remaining between the regulator R and the injector INJ increases. and the flow rate of fuel gas passing through the regulator R per unit time is reduced. That is, when the pressure of the fuel gas remaining between the tank T and the regulator R is equal to or higher than a certain value, the pressure of the fuel gas remaining between the regulator R and the injector INJ is maintained at a predetermined pressure. The opening degree of R changes autonomously. Further, when the pressure of the fuel gas remaining between the tank T and the regulator R is not equal to or higher than a certain value, the degree of opening of the regulator R is kept at zero. Therefore, if the pressure of the fuel gas remaining between the tank T and the regulator R is not equal to or higher than a certain value, each time the injector INJ injects the fuel gas remaining between the regulator R and the injector INJ into the fuel cell FC , the pressure of the fuel gas remaining between the regulator R and the injector INJ gradually decreases.
インジェクタＩＮＪは、レギュレータＲと燃料電池ＦＣとの間に設けられ、制御部２により動作（作動または停止）が制御される。インジェクタＩＮＪが作動しているとき、レギュレータＲにより減圧された燃料ガスが燃料電池ＦＣへ噴射される。燃料ガスの噴射時間が長くなるほど、燃料電池ＦＣへの噴射量が多くなる。また、インジェクタＩＮＪが停止しているとき、燃料ガスは燃料電池ＦＣへ噴射されない。なお、インジェクタＩＮＪが作動することで燃料電池ＦＣへ燃料ガスが噴射され、インジェクタＩＮＪとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が減少しても、上述したように、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力が一定値以上であれば、レギュレータＲによりレギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に燃料ガスが供給されるため、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスの圧力が所定圧力（減少する前の圧力）に戻るものとする。すなわち、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪ間の圧力は変動しており、所定圧力に戻った時の圧力は、タンクＴとレギュレータＲ間の圧力に依存している。 The injector INJ is provided between the regulator R and the fuel cell FC, and its operation (operation or stop) is controlled by the controller 2 . When the injector INJ is operating, the fuel gas pressure-reduced by the regulator R is injected to the fuel cell FC. The longer the injection time of the fuel gas, the greater the injection amount to the fuel cell FC. Further, when the injector INJ is stopped, the fuel gas is not injected to the fuel cell FC. Even if the fuel gas is injected into the fuel cell FC by the operation of the injector INJ and the pressure of the fuel gas remaining between the injector INJ and the regulator R decreases, the tank T and the regulator R If the pressure of the fuel gas remaining between is a certain value or more, the fuel gas is supplied between the regulator R and the injector INJ by the regulator R, so the fuel remaining between the regulator R and the injector INJ Assume that the gas pressure returns to a predetermined pressure (the pressure before decreasing). That is, the pressure between the regulator R and the injector INJ fluctuates, and the pressure when it returns to a predetermined pressure depends on the pressure between the tank T and the regulator R.
高圧センサＳｐ１は、タンクＴとレギュレータＲとをつなぐ配管に接続され、タンクＴとレギュレータＲとの間に残留する燃料ガスの圧力Ｐ１を検出して制御部ＣＮＴに送る。 The high pressure sensor Sp1 is connected to a pipe connecting the tank T and the regulator R, detects the pressure P1 of the fuel gas remaining between the tank T and the regulator R, and sends it to the controller CNT.
中圧センサＳｐ２は、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとをつなぐ配管に接続され、レギュレータＲとインジェクタＩＮＪとの間に残留する燃料ガスの圧力Ｐ２を検出して制御部ＣＮＴに送る。 The intermediate pressure sensor Sp2 is connected to a pipe connecting the regulator R and the injector INJ, detects the pressure P2 of the fuel gas remaining between the regulator R and the injector INJ, and sends it to the controller CNT.
低圧センサＳｐ３は、インジェクタＩＮＪと燃料電池ＦＣとをつなぐ配管に接続され、インジェクタＩＮＪと燃料電池ＦＣとの間に残留する燃料ガスの圧力Ｐ３を検出して制御部ＣＮＴに送る。 The low pressure sensor Sp3 is connected to a pipe connecting the injector INJ and the fuel cell FC, detects the pressure P3 of the fuel gas remaining between the injector INJ and the fuel cell FC, and sends it to the controller CNT.
記憶部Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、中圧センサＳｐ２により検出される圧力Ｐ２などを記憶する。 The storage unit M is configured by a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory), and stores the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2 and the like.
制御部ＣＮＴは、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The control unit CNT is configured by a microcomputer or the like.
また、制御部ＣＮＴは、燃料電池ＦＣを発電させているとき、蓄電装置Ｂの充電量に応じて、目標電力を変化させる。なお、充電量とは、蓄電装置Ｂの満充電容量に対する残容量の割合［％］（充電率）、または、蓄電装置Ｂに電流が流れていないときの蓄電装置Ｂの電圧［Ｖ］とする。 Further, the control unit CNT changes the target power according to the amount of charge in the power storage device B when the fuel cell FC is generating power. Note that the amount of charge is the ratio [%] of the remaining capacity to the fully charged capacity of the power storage device B (charging rate), or the voltage [V] of the power storage device B when no current is flowing through the power storage device B. .
また、制御部ＣＮＴは、燃料電池ＦＣを発電させているとき、燃料電池ＦＣの出力電力が目標電力になるように、インジェクタＩＮＪやエアコンプレッサＡＣＰなどの補機を駆動させる。例えば、制御部ＣＮＴは、燃料電池ＦＣを発電させているとき、燃料電池ＦＣ内の燃料ガスの圧力が燃料電池ＦＣの目標電力に対応する圧力になるように、インジェクタＩＮＪの動作（インジェクタＩＮＪにおける燃料ガスの噴射時間）を制御する。 Further, when the fuel cell FC is generating power, the control unit CNT drives auxiliary devices such as the injector INJ and the air compressor ACP so that the output power of the fuel cell FC becomes the target power. For example, when the fuel cell FC is generating power, the control unit CNT operates the injector INJ (injector INJ injection time of fuel gas).
図２は、燃料電池ＦＣを発電させているときのインジェクタＩＮＪの動作制御時における制御部ＣＮＴの動作を示すフローチャートである。なお、図２に示す一連の動作は、制御タイミング毎に実行されるものとする。 FIG. 2 is a flow chart showing the operation of the control unit CNT during operation control of the injector INJ when the fuel cell FC is generating power. A series of operations shown in FIG. 2 are assumed to be executed at each control timing.
まず、制御部ＣＮＴは、中圧センサＳｐ２が正常であるか否かを判断する（ステップＳ１）。例えば、制御部ＣＮＴは、中圧センサＳｐ２により検出される圧力Ｐ２が閾値Ｐｔｈ１（第１閾値）以上であり、かつ、閾値Ｐｔｈ１より大きい閾値Ｐｔｈ２（第２閾値）以下である場合、中圧センサＳｐ２が正常であると判断する。また、制御部ＣＮＴは、圧力Ｐ２が閾値Ｐｔｈ１より小さくなると、または、圧力Ｐ２が閾値Ｐｔｈ２より大きくなると、中圧センサＳｐ２が正常でないと判断する。なお、圧力Ｐ２が閾値Ｐｔｈ１より小さい場合、中圧センサＳｐ２と制御部ＣＮＴとをつなぐ信号線がグランドラインと短絡している異常、または、中圧センサＳｐ２と制御部ＣＮＴとをつなぐ信号線が断線している異常が発生していると判断してもよい。また、制御部ＣＮＴは、圧力Ｐ２が閾値Ｐｔｈ２より大きい場合、中圧センサＳｐ２と制御部ＣＮＴとをつなぐ信号線が電源ラインと短絡している異常が発生していると判断してもよい。 First, the controller CNT determines whether or not the intermediate pressure sensor Sp2 is normal (step S1). For example, if the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2 is equal to or greater than the threshold Pth1 (first threshold) and is equal to or smaller than the threshold Pth2 (second threshold) that is greater than the threshold Pth1, the control unit CNT detects that the intermediate pressure sensor It is judged that Sp2 is normal. Further, when the pressure P2 becomes smaller than the threshold value Pth1 or becomes larger than the threshold value Pth2, the control unit CNT determines that the intermediate pressure sensor Sp2 is not normal. If the pressure P2 is smaller than the threshold value Pth1, the signal line connecting the intermediate pressure sensor Sp2 and the control unit CNT is short-circuited with the ground line, or the signal line connecting the intermediate pressure sensor Sp2 and the control unit CNT is short-circuited. It may be determined that an abnormality such as disconnection has occurred. Further, when the pressure P2 is greater than the threshold value Pth2, the control unit CNT may determine that the signal line connecting the intermediate pressure sensor Sp2 and the control unit CNT is short-circuited with the power supply line.
次に、制御部ＣＮＴは、中圧センサＳｐ２が正常である場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、発電に必要な燃料電池ＦＣへの燃料ガスの噴射量、及び、圧力Ｐ２と圧力Ｐ３との圧力差ΔＰを用いて、インジェクタＩＮＪにおける燃料ガスの噴射時間を求める（ステップＳ２）。例えば、制御部ＣＮＴは、記憶部Ｍに予め記憶されている、燃料電池ＦＣの目標電力と燃料ガスの噴射量との対応関係を示す情報を参照して、目標電力に対応する噴射量を求める。また、制御部ＣＮＴは、圧力Ｐ２から圧力Ｐ３を減算した結果を圧力差ΔＰとして求め、記憶部Ｍに予め記憶されている、燃料ガスの噴射量と圧力差ΔＰと燃料ガスの噴射時間との対応関係を示す情報を参照して、噴射量及び圧力差ΔＰに対応する噴射時間を求める。 Next, when the medium pressure sensor Sp2 is normal (step S1: Yes), the controller CNT determines the amount of fuel gas injected into the fuel cell FC necessary for power generation, and the pressure difference between the pressure P2 and the pressure P3. Using ΔP, the injection time of the fuel gas in the injector INJ is obtained (step S2). For example, the control unit CNT obtains the injection amount corresponding to the target electric power by referring to information indicating the correspondence relationship between the target electric power of the fuel cell FC and the fuel gas injection amount, which is stored in advance in the storage unit M. . Further, the control unit CNT obtains the result of subtracting the pressure P3 from the pressure P2 as the pressure difference ΔP, and calculates the relationship between the fuel gas injection amount, the pressure difference ΔP, and the fuel gas injection time, which are stored in advance in the storage unit M. The injection time corresponding to the injection amount and the pressure difference ΔP is obtained by referring to the information indicating the correspondence.
次に、制御部ＣＮＴは、ステップＳ２で求めた噴射時間が経過する間、インジェクタＩＮＪにより燃料ガスを燃料電池ＦＣに噴射させる（ステップＳ３）。 Next, the controller CNT causes the injector INJ to inject the fuel gas into the fuel cell FC while the injection time obtained in step S2 has elapsed (step S3).
次に、制御部ＣＮＴは、燃料ガスの噴射後、中圧センサＳｐ２により検出される圧力Ｐ２を取得し（ステップＳ４）、燃料ガスの噴射が終了してから所定時間経過すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ステップＳ４で取得した圧力Ｐ２が、ステップＳ２において噴射時間を求めるときに取得した圧力Ｐ２に戻ったか否か、すなわち、燃料ガスの噴射直後の圧力Ｐ２が噴射直前の圧力Ｐ２に戻ったか否かを判断する（ステップＳ６）。なお、所定時間は、中圧センサＳｐ２及びレギュレータＲが正常である場合において燃料ガスの噴射直後の圧力Ｐ２が噴射直前の圧力Ｐ２に戻るまでにかかる時間とし、燃料ガスの噴射時間が長くなるほど、所定時間が長くなるものとする。 Next, the control unit CNT obtains the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2 after the injection of the fuel gas (step S4), and when a predetermined time elapses after the injection of the fuel gas is finished (step S5: Yes ), whether the pressure P2 acquired in step S4 has returned to the pressure P2 acquired when the injection time is obtained in step S2, that is, whether the pressure P2 immediately after the fuel gas injection has returned to the pressure P2 immediately before the injection. (step S6). The predetermined time is the time required for the pressure P2 immediately after the injection of the fuel gas to return to the pressure P2 immediately before the injection when the intermediate pressure sensor Sp2 and the regulator R are normal. It is assumed that the predetermined time is longer.
次に、制御部ＣＮＴは、燃料ガスの噴射直後の圧力Ｐ２が噴射直前の圧力Ｐ２に戻っていない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、レギュレータＲに異常が発生していると判断した後（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻り、燃料電池ＦＣを継続して発電させる。なお、制御部ＣＮＴは、レギュレータＲに異常が発生した場合、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスを制限した後、ステップＳ１に戻り、燃料電池ＦＣを継続して発電させてもよい。 Next, if the pressure P2 immediately after injection of the fuel gas has not returned to the pressure P2 immediately before injection (step S6: No), the control unit CNT determines that an abnormality has occurred in the regulator R (step S7). ), the process returns to step S1, and the fuel cell FC continues to generate power. Note that, when an abnormality occurs in the regulator R, the control unit CNT may limit the fuel gas supplied to the fuel cell FC and then return to step S1 to allow the fuel cell FC to continue generating power.
一方、制御部ＣＮＴは、燃料ガスの噴射直後の圧力Ｐ２が噴射直前の圧力Ｐ２に戻った場合、すなわち、レギュレータＲが正常であると判断される場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ２において噴射時間を求めるときに取得した圧力Ｐ２（所定圧力）を記憶部Ｍに記憶させた後（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻り、燃料電池ＦＣを継続して発電させる。例えば、制御部ＣＮＴは、今回の制御タイミングにおいて中圧センサＳｐ２が正常である場合にステップＳ２で取得した圧力Ｐ２と、前回の制御タイミングやそれ以前の制御タイミングにおいて中圧センサＳｐ２が正常である場合にステップＳ２で取得した圧力Ｐ２との移動平均を、ステップＳ８において記憶部Ｍに記憶される圧力Ｐ２（所定圧力）としてもよい。なお、ステップＳ４～Ｓ７を省略してもよい。この場合、ステップＳ８において記憶部Ｍに記憶される圧力Ｐ２（所定電圧）は、ステップＳ２において噴射時間を求めるとき取得した圧力Ｐ２とする。 On the other hand, if the pressure P2 immediately after injection of the fuel gas returns to the pressure P2 immediately before injection, that is, if it is determined that the regulator R is normal (step S6: Yes), the controller CNT controls the injection After the pressure P2 (predetermined pressure) acquired when obtaining the time is stored in the storage unit M (step S8), the process returns to step S1, and the fuel cell FC continues to generate power. For example, the control unit CNT determines the pressure P2 acquired in step S2 when the intermediate pressure sensor Sp2 is normal at the current control timing, and In this case, the moving average of the pressure P2 acquired in step S2 may be used as the pressure P2 (predetermined pressure) stored in the storage unit M in step S8. Note that steps S4 to S7 may be omitted. In this case, the pressure P2 (predetermined voltage) stored in the storage unit M in step S8 is the pressure P2 obtained when the injection time is obtained in step S2.
すなわち、制御部ＣＮＴは、中圧センサＳｐ２が正常である場合、燃料電池ＦＣの発電に必要な燃料電池ＦＣへの燃料ガスの噴射量及び中圧センサＳｐ２により検出された圧力Ｐ２と低圧センサＳｐ３により検出された圧力Ｐ３との圧力差ΔＰにより求められる燃料電池ＦＣへの燃料ガスの噴射時間が経過するまで燃料電池ＦＣに燃料ガスを噴射させた後、中圧センサＳｐ２により検出される圧力Ｐ２が、燃料ガスを噴射する前に中圧センサＳｐ２により検出された圧力Ｐ２に戻ると、その圧力Ｐ２を記憶部Ｍに記憶する。 That is, when the intermediate pressure sensor Sp2 is normal, the control unit CNT determines the amount of fuel gas injected into the fuel cell FC necessary for power generation of the fuel cell FC, the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2, and the low pressure sensor Sp3. After fuel gas is injected into the fuel cell FC until the fuel gas injection time to the fuel cell FC, which is determined by the pressure difference ΔP from the pressure P3 detected by the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2 However, when it returns to the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2 before injecting the fuel gas, the pressure P2 is stored in the storage unit M.
また、制御部ＣＮＴは、中圧センサＳｐ２が正常でない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、記憶部Ｍから圧力Ｐ２（所定圧力）を読み出した後（ステップＳ９）、低圧センサＳｐ３により検出される圧力Ｐ３を取得し（ステップＳ１０）、ステップＳ９で記憶部Ｍから読み出した圧力Ｐ２とステップＳ１０で取得した圧力Ｐ３との圧力差ΔＰ´を求める（ステップＳ１１）。例えば、制御部ＣＮＴは、ステップＳ９で記憶部Ｍから読み出した圧力Ｐ２からステップＳ１０で取得した圧力Ｐ３を減算した結果を圧力差ΔＰ´として求める。 Further, when the medium pressure sensor Sp2 is not normal (step S1: No), the control unit CNT reads the pressure P2 (predetermined pressure) from the storage unit M (step S9), and then detects the pressure P3 detected by the low pressure sensor Sp3. is obtained (step S10), and the pressure difference ΔP′ between the pressure P2 read from the storage unit M in step S9 and the pressure P3 obtained in step S10 is obtained (step S11). For example, the control unit CNT obtains the result of subtracting the pressure P3 acquired in step S10 from the pressure P2 read out from the storage unit M in step S9 as the pressure difference ΔP'.
次に、制御部ＣＮＴは、発電に必要な燃料電池ＦＣへの燃料ガスの噴射量、及び、ステップＳ１１で求めた圧力差ΔＰ´を用いて、インジェクタＩＮＪにおける燃料ガスの噴射時間を求める（ステップＳ１２）。例えば、制御部ＣＮＴは、記憶部Ｍに予め記憶されている、燃料ガスの噴射量と圧力差ΔＰと燃料ガスの噴射時間との対応関係を示す情報を参照して、噴射量及びステップＳ１１で求めた圧力差ΔＰ´に相当する圧力差ΔＰに対応する噴射時間を求める。このように、燃料ガスの噴射時間を求めるためのパラメータの１つとして圧力Ｐ３が用いられているため、中圧センサＳｐ２が正常ではない場合であっても低圧センサＳｐ３が正常であれば、今回の制御タイミングにおいて低圧センサＳｐ３で取得される圧力Ｐ３と、前回以前の制御タイミングにおいて中圧センサＳｐ２が正常である場合に取得された圧力Ｐ２とに基づいて、燃料ガスの噴射時間を求めることができる。これにより、前回以前の制御タイミングにおいて中圧センサＳｐ２が正常である場合に取得された圧力Ｐ２のみに基づいて、燃料ガスの噴射時間を求める場合に比べて、燃料電池ＦＣの目標電力に対応する噴射時間を精度よく求めることができる。 Next, the control unit CNT obtains the injection time of the fuel gas in the injector INJ using the amount of fuel gas injected into the fuel cell FC necessary for power generation and the pressure difference ΔP' obtained in step S11 (step S12). For example, the control unit CNT refers to the information stored in advance in the storage unit M, which indicates the correspondence relationship between the injection amount of fuel gas, the pressure difference ΔP, and the injection time of fuel gas. The injection time corresponding to the pressure difference ΔP corresponding to the pressure difference ΔP' thus obtained is obtained. Thus, since the pressure P3 is used as one of the parameters for determining the fuel gas injection time, even if the medium pressure sensor Sp2 is not normal, if the low pressure sensor Sp3 is normal, this time The injection time of the fuel gas can be obtained based on the pressure P3 acquired by the low pressure sensor Sp3 at the control timing of and the pressure P2 acquired when the medium pressure sensor Sp2 was normal at the previous control timing. can. As a result, compared to the case where the fuel gas injection time is obtained based only on the pressure P2 acquired when the intermediate pressure sensor Sp2 was normal at the control timing before the previous time, the target electric power of the fuel cell FC can be achieved. The injection time can be obtained with high accuracy.
次に、制御部ＣＮＴは、ステップＳ１２で求めた噴射時間が経過する間、インジェクタＩＮＪにより燃料ガスを燃料電池ＦＣに噴射させた後（ステップＳ１３）、ステップＳ１に戻り、燃料電池ＦＣを継続して発電させる。 Next, the controller CNT causes the injector INJ to inject the fuel gas into the fuel cell FC (step S13) while the injection time obtained in step S12 has elapsed, and then returns to step S1 to continue the fuel cell FC. to generate electricity.
すなわち、制御部ＣＮＴは、中圧センサＳｐ２が正常でない場合、燃料電池ＦＣの発電に必要な燃料電池ＦＣへの燃料ガスの噴射量及び記憶部Ｍに記憶される圧力Ｐ２と低圧センサＳｐ３により検出された圧力Ｐ３との圧力差ΔＰ´により求められる燃料電池ＦＣへの燃料ガスの噴射時間が経過するまで燃料電池ＦＣに燃料ガスを噴射させる。 That is, when the medium pressure sensor Sp2 is not normal, the control unit CNT detects the injection amount of fuel gas to the fuel cell FC necessary for power generation of the fuel cell FC, the pressure P2 stored in the storage unit M, and the low pressure sensor Sp3. The fuel gas is injected into the fuel cell FC until the injection time of the fuel gas into the fuel cell FC, which is obtained from the pressure difference ΔP' from the pressure P3, has elapsed.
このように、実施形態の燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池ＦＣを発電させているとき、中圧センサＳｐ２が正常でない場合、中圧センサＳｐ２が正常であったときに中圧センサＳｐ２により検出された圧力Ｐ２を用いて、燃料ガスの噴射時間を求める構成である。 As described above, in the fuel cell system FCS of the embodiment, when the medium pressure sensor Sp2 is not normal while the fuel cell FC is generating power, the medium pressure sensor Sp2 detects when the medium pressure sensor Sp2 is normal. In this configuration, the injection time of the fuel gas is obtained using the pressure P2.
これにより、中圧センサＳｐ２が正常でない場合でも、燃料電池ＦＣの発電に必要な燃料ガスの噴射時間を求めることができるため、燃料電池ＦＣを継続して発電させることができる。 As a result, even when the intermediate pressure sensor Sp2 is not normal, the fuel gas injection time necessary for power generation of the fuel cell FC can be obtained, so that the fuel cell FC can continue to generate power.
ところで、高圧センサＳｐ１や低圧センサＳｐ３が正常でない場合、タンクＴの出力に設けられる遮断弁やインジェクタＩＮＪに異常が発生している可能性があるが、遮断弁やインジェクタＩＮＪに異常が発生しているか否かを判断することが難しい。そのため、高圧センサＳｐ１や低圧センサＳｐ３が正常でない場合、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスを制限したり燃料電池ＦＣへの燃料ガスの供給を停止したりする必要があり、燃料電池ＦＣを継続して発電させることが難しい。 By the way, if the high pressure sensor Sp1 or the low pressure sensor Sp3 is not normal, there is a possibility that an abnormality has occurred in the shutoff valve or the injector INJ provided at the output of the tank T. It is difficult to determine whether or not Therefore, when the high pressure sensor Sp1 or the low pressure sensor Sp3 is not normal, it is necessary to limit the fuel gas supplied to the fuel cell FC or stop the fuel gas supply to the fuel cell FC. It is difficult to generate power by
一方、実施形態の燃料電池システムＦＣＳでは、中圧センサＳｐ２及びレギュレータＲが正常であるか否かを判断することができるため、中圧センサＳｐ２が正常でない場合、中圧センサＳｐ２及びレギュレータＲが正常であると判断されるときの圧力Ｐ２を用いて、燃料ガスの噴射時間を求めることができ、燃料電池ＦＣを継続して発電させることができる。 On the other hand, in the fuel cell system FCS of the embodiment, it can be determined whether or not the intermediate pressure sensor Sp2 and the regulator R are normal. Using the pressure P2 when it is determined to be normal, the fuel gas injection time can be obtained, and the fuel cell FC can continue to generate power.
また、実施形態の燃料電池システムＦＣＳでは、中圧センサＳｐ２及びレギュレータＲが正常である場合に中圧センサＳｐ２により検出された圧力Ｐ２を記憶部Ｍに記憶する構成であるため、中圧センサＳｐ２が正常でない場合、記憶部Ｍに記憶される圧力Ｐ２を用いて、燃料ガスの噴射時間を求めることができ、噴射時間の精度を向上させることができる。 Further, in the fuel cell system FCS of the embodiment, the pressure P2 detected by the intermediate pressure sensor Sp2 is stored in the storage unit M when the intermediate pressure sensor Sp2 and the regulator R are normal. is not normal, the injection time of the fuel gas can be obtained using the pressure P2 stored in the storage unit M, and the accuracy of the injection time can be improved.
なお、本発明は、以上の実施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.
ＦＣＳ 燃料電池システム
ＡＣＰ エアコンプレッサ
Ｂ 蓄電装置
ＣＮＶ ＤＣＤＣコンバータ
ＦＣ 燃料電池
Ｔ タンク
ＩＮＪ インジェクタ
Ｓｐ１ 高圧センサ
Ｓｐ２ 中圧センサ
Ｓｐ３ 低圧センサ
ＣＮＴ 制御部
Ｌｏ 負荷
FCS Fuel cell system ACP Air compressor B Power storage device CNV DCDC converter FC Fuel cell T Tank INJ Injector Sp1 High pressure sensor Sp2 Intermediate pressure sensor Sp3 Low pressure sensor CNT Control unit Lo Load
Claims (3)
タンクに貯蔵される燃料ガスを前記インジェクタに供給するレギュレータと、
前記レギュレータと前記インジェクタとの間に残留する燃料ガスの圧力を検出する中圧センサと、
前記インジェクタと前記燃料電池との間に残留する燃料ガスの圧力を検出する低圧センサと、
前記インジェクタの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記中圧センサが正常である場合、前記燃料電池の発電に必要な前記燃料電池への燃料ガスの噴射量及び前記中圧センサにより検出される圧力と前記低圧センサにより検出される圧力との圧力差により求められる前記燃料電池への燃料ガスの噴射時間が経過するまで前記燃料電池に燃料ガスを噴射させた後、前記中圧センサにより検出される圧力が所定圧力になると、前記所定圧力を記憶部に記憶し、
前記中圧センサが正常でない場合、前記燃料電池の発電に必要な前記燃料電池への燃料ガスの噴射量及び前記記憶部に記憶される所定圧力と前記低圧センサにより検出される圧力との圧力差により求められる前記燃料電池への燃料ガスの噴射時間が経過するまで前記燃料電池に燃料ガスを噴射させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 an injector for injecting fuel gas into the fuel cell;
a regulator that supplies fuel gas stored in a tank to the injector;
a medium pressure sensor that detects the pressure of the fuel gas remaining between the regulator and the injector;
a low pressure sensor for detecting the pressure of fuel gas remaining between the injector and the fuel cell;
a control unit that controls the operation of the injector;
with
The control unit
When the medium pressure sensor is normal, the amount of fuel gas injected into the fuel cell required for power generation of the fuel cell and the pressure between the pressure detected by the medium pressure sensor and the pressure detected by the low pressure sensor When the pressure detected by the intermediate pressure sensor reaches a predetermined pressure after fuel gas is injected into the fuel cell until the fuel gas injection time to the fuel cell obtained by the difference has elapsed, the predetermined pressure is stored. stored in the department,
When the intermediate pressure sensor is not normal, the amount of fuel gas injected into the fuel cell necessary for power generation of the fuel cell and the pressure difference between the predetermined pressure stored in the storage unit and the pressure detected by the low pressure sensor A fuel cell system, characterized in that the fuel cell is caused to inject the fuel gas until the injection time of the fuel gas to the fuel cell obtained by Elapses.
前記制御部は、
前記中圧センサにより検出される圧力が第１閾値以上であり、かつ、前記第１閾値より大きい第２閾値以下である場合、前記中圧センサが正常であると判断し、
前記中圧センサにより検出される圧力が前記第１閾値より小さくなると、または、前記中圧センサにより検出される圧力が前記第２閾値より大きくなると、前記中圧センサが正常でないと判断する
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The control unit
determining that the intermediate pressure sensor is normal when the pressure detected by the intermediate pressure sensor is equal to or greater than a first threshold and equal to or smaller than a second threshold larger than the first threshold;
determining that the intermediate pressure sensor is not normal when the pressure detected by the intermediate pressure sensor is lower than the first threshold value or when the pressure detected by the intermediate pressure sensor is higher than the second threshold value. A fuel cell system characterized by:
前記制御部は、前記中圧センサが正常である場合で、かつ、前記燃料電池に燃料ガスを噴射させた後に前記中圧センサにより検出される圧力が前記燃料電池に燃料ガスを噴射させる前に前記中圧センサにより検出された圧力に戻った場合、前記燃料電池に燃料ガスを噴射させる前に前記中圧センサにより検出された圧力を前記所定圧力として前記記憶部に記憶する
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,
When the intermediate pressure sensor is normal and the pressure detected by the intermediate pressure sensor after injecting the fuel gas into the fuel cell is When the pressure returns to the pressure detected by the intermediate pressure sensor, the pressure detected by the intermediate pressure sensor is stored in the storage unit as the predetermined pressure before the fuel cell is caused to inject fuel gas. fuel cell system.
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