JP4673604B2

JP4673604B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4673604B2
Application number: JP2004324151A
Authority: JP
Inventors: 稔魚嶋; 知樹小林; 保紀小谷; 千大和氣; 健一郎上田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-11-08
Also published as: JP2006134771A

Description

本発明は、気水分離器を備えた燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system provided with a steam separator.

一般に、燃料電池は、プロトン導電性の高分子電解質膜を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池を備える燃料電池システムとしては、燃料電池から排出される未反応の水素ガス（以下、「水素オフガス」ともいう。）を再度燃料電池に戻すための循環流路などを備えたシステムが知られている。 In general, a fuel cell has a structure in which a cathode electrode is partitioned on one side and an anode electrode is partitioned on the other side of a proton conductive polymer electrolyte membrane, and oxygen in the air supplied to the cathode electrode. And electricity generated by an electrochemical reaction with hydrogen supplied to the anode electrode. A fuel cell system including such a fuel cell includes a circulation channel for returning unreacted hydrogen gas (hereinafter also referred to as “hydrogen offgas”) discharged from the fuel cell to the fuel cell again. Systems equipped are known.

ところで、前記したような燃料電池システムでは、主にカソード極側において水素と酸素との電気化学反応によって水が生成され、この水は高分子電解質膜を介してアノード極内に入り込むという現象が生じている。そのため、燃料電池から排出される水素オフガスに水分が含まれることとなり、このような水分を含んだ水素オフガスが再度燃料電池に供給されることで燃料電池の発電性能が低下するといった問題が発生する。 By the way, in the fuel cell system as described above, water is generated mainly by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen on the cathode electrode side, and this water enters the anode electrode through the polymer electrolyte membrane. ing. Therefore, moisture is contained in the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell, and such a problem occurs that the hydrogen off-gas containing such moisture is supplied to the fuel cell again, thereby reducing the power generation performance of the fuel cell. .

このような問題に対する技術としては、従来、水素を再度燃料電池に戻すための循環流路に、水素オフガス中の水分を分離するための気水分離器を備えた構造が知られている（特許文献１参照）。具体的に、この気水分離器は、水素オフガス中の水分を液体として凝結させるための熱交換器と、この熱交換器で凝結させた水を溜めておくためのタンクと、タンク内の水を外部に導くドレインラインと、このドレインラインの導通状態を切り替えるドレイン弁とを備えている。そして、この技術においては、タンク内に水が所定量以上溜まったときに適宜ドレイン弁を開閉させることで、タンク内の水を排出するようになっている。 As a technique for solving such a problem, a structure in which an air-water separator for separating moisture in hydrogen off-gas is conventionally provided in a circulation channel for returning hydrogen to the fuel cell again (patent) Reference 1). Specifically, this steam separator is composed of a heat exchanger for condensing water in the hydrogen off gas as a liquid, a tank for storing water condensed by the heat exchanger, and water in the tank. And a drain valve for switching the conduction state of the drain line. In this technique, when a predetermined amount or more of water has accumulated in the tank, the drain valve is appropriately opened and closed to discharge the water in the tank.

特開平８−３２１３１６号公報JP-A-8-321316

しかしながら、前記した技術では、ドレイン系内（タンク内、ドレインライン内、ドレイン弁内）に水が溜まったままの状態で燃料電池の稼動が終了し、その後長い時間が経過すると、冬季や寒冷地ではその水が凍結してしまうおそれがあった。 However, in the above-described technology, the operation of the fuel cell is completed with water remaining in the drain system (in the tank, in the drain line, in the drain valve), and after a long time has passed, the winter or cold districts Then, there was a possibility that the water might freeze .

そして、燃料電池の起動から一定の時間が経過した後にドレイン弁の制御を行うシステムでは、既に解凍しているのにドレイン弁の制御が開始されない現象が生じ、これによりアノード系内に発電に伴う凝縮水が滞ることになり、発電電圧を低下させるなど、著しく発電能力を低下させるおそれがあった。さらに、ドレイン系内の水が凍っている間、ドレイン弁以外の他の弁を用いて循環流路内の水を水素オフガスとともに排出させるシステムでは、発電能力の低下は防止できるが、ドレイン系内の水が既に解凍しているのにも関わらず他の弁による水の排出を継続していると、この水とともに排出される水素オフガスが無駄になるといった問題が生じるため、その解凍判断を正確に行い、解凍したと判断した後は速やかにドレイン弁の制御に移行させることが望まれていた。 In a system in which the drain valve is controlled after a certain period of time has elapsed since the start of the fuel cell, a phenomenon in which the drain valve is not controlled even though it has already been thawed occurs, and this causes power generation in the anode system. Condensed water would stagnate, and there was a risk that the power generation capacity would be significantly reduced, such as reducing the power generation voltage. Furthermore, while the water in the drain system is frozen, a system that discharges the water in the circulation flow path together with the hydrogen off-gas using a valve other than the drain valve can prevent a decrease in power generation capacity. If water continues to be discharged by other valves even though the water has already been thawed, the hydrogen off-gas discharged with this water will be wasted. In this case, it was desired to immediately shift to the control of the drain valve after determining that the thawing was performed.

そこで、本発明では、燃料電池の停止中にドレイン系内の水が凍った場合であっても、次の起動時において適切にドレイン弁の制御を開始させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a fuel cell system capable of appropriately starting drain valve control at the next startup even when water in the drain system is frozen while the fuel cell is stopped. With the goal.

前記課題を解決する本発明のうち請求項１に記載の発明は、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電により生成された水を溜める水溜部と、前記水溜部の水を排出するドレイン弁と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の起動時において、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の水が凍っているか否かを判断する凍結判断手段と、前記凍結判断手段で凍っていると判断したときに、前記水溜部内または前記ドレイン弁内の氷の解凍に関連して変化するパラメータに基づいて、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の氷が解凍されたか否かを判断する解凍判断手段と、前記燃料電池の起動から現在までの発熱量を、当該燃料電池で生じる電圧および当該燃料電池から流れる電流に基づいて、前記パラメータとして積算する発熱量積算手段と、をさらに備え、前記凍結判断手段は、前記燃料電池の停止中に外気温を記憶するとともに、当該燃料電池の停止中に外気温が氷点下になったか否かに基づいて、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の水が凍っているか否かを判断し、前記解凍判断手段は、前記発熱量積算手段で積算した発熱量が所定値を超えているときに、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の氷が解凍されたと判断し、前記解凍判断手段が、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の氷が解凍されたと判断したときに、ドレイン弁制御手段が前記ドレイン弁を通常制御で開弁することを特徴とする。 The invention according to claim 1 of the present invention that solves the above problems includes a fuel cell that generates power by reacting a reaction gas, a water reservoir that stores water generated by the power generation of the fuel cell, and the water reservoir. A drain valve for discharging the water, and a freezing judgment means for judging whether or not the water in the water reservoir and the drain valve is frozen when the fuel cell is started. The ice in the water reservoir and the drain valve is thawed based on a parameter that changes in relation to the thawing of ice in the water reservoir or the drain valve when the freezing determination means determines that the ice is frozen. a decompression judging means for judging whether or not a, the amount of heat generated up to the present from the start of the fuel cell, based on the current flowing from the voltage and the fuel cell occurs in the fuel cell, the parameters Further comprising a heat generation amount integrating means for integrating the data, wherein the freezing judgment section stores the outside air temperature during the stop of the fuel cell, whether the outside air temperature during the stop of the fuel cell becomes below freezing Based on the determination of whether the water in the water reservoir and the drain valve is frozen, the thawing determination means, when the calorific value integrated by the calorific value integration means exceeds a predetermined value, It is determined that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed, and when the thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed, the drain valve control means has the drain valve the characterized valve opening to Rukoto in normal control.

ここで、「水溜部内またはドレイン弁内の氷の解凍に関連して変化するパラメータ」とは、例えば水溜部内の氷の解凍が進むにつれて徐々に増加していくような水溜部に加わる熱量の合計などのパラメータをいう。 Here, “a parameter that changes in relation to the thawing of ice in the water reservoir or the drain valve” means, for example, the amount of heat applied to the water reservoir that gradually increases as the ice in the water reservoir progresses. It refers to any parameters in total.

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池を起動させると、まず、凍結判断手段によって、水溜部内およびドレイン弁内の水が凍っているか否かが判断されるとともに、発熱量積算手段によって、燃料電池から発せられる発熱量の積算が開始される。そして、凍結判断手段によって水が凍っていると判断されると、解凍判断手段は、発熱量積算手段で積算した発熱量が所定値を超えているか否かを判断することで、その発熱によって水溜部内およびドレイン弁内の氷が解凍されたか否かを判断する。そして、この解凍判断手段は、発熱量が所定値を超えていると判断したときに、水溜部内およびドレイン弁内の氷が解凍されたと判断し、解凍判断手段が、水溜部内およびドレイン弁内の氷が解凍されたと判断したときに、ドレイン弁制御手段がドレイン弁を通常制御で開弁する。 According to the first aspect of the present invention, when the fuel cell is started, first, it is determined whether or not the water in the water reservoir and the drain valve is frozen by the freezing determining means, and the calorific value integrating means. Then, integration of the amount of heat generated from the fuel cell is started. When it is determined that the water is frozen by the freezing determination means, the thawing determination means determines whether or not the heat generation amount accumulated by the heat generation amount integration means exceeds a predetermined value. It is determined whether the ice in the section and the drain valve has been thawed. When it is determined that the amount of heat generation exceeds a predetermined value, the thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed, and the thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve. When it is determined that the ice has been thawed, the drain valve control means opens the drain valve under normal control.

請求項２に記載の発明は、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、前記反応ガスの通り道となる反応ガス流路に設けられて前記燃料電池の発電により生成された水を溜める水溜部と、前記水溜部の水を排出するドレイン弁と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の起動時に、前記ドレイン弁を開弁させるドレイン弁開弁手段と、前記燃料電池の起動時において、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の水が凍っているか否かを判断する凍結判断手段と、前記凍結判断手段で凍っていると判断したときに、前記水溜部内または前記ドレイン弁内の氷の解凍に関連して変化するパラメータに基づいて、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の氷が解凍されたか否かを判断する解凍判断手段と、前記ドレイン弁開弁手段で開弁された前記ドレイン弁から排出される前記反応ガスの量を、前記パラメータとして検知する反応ガス検知手段と、をさらに備え、前記凍結判断手段は、前記燃料電池の停止中に外気温を記憶するとともに、当該燃料電池の停止中に外気温が氷点下になったか否かに基づいて、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の水が凍っているか否かを判断し、前記解凍判断手段は、前記反応ガス検知手段によって検知した前記反応ガスの量が所定値を超えているときに、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の氷が解凍されたと判断し、前記ドレイン弁開弁手段は、前記解凍判断手段が、前記水溜部内および前記ドレイン弁内の氷が解凍されたと判断したときに、前記ドレイン弁を通常制御で開弁することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell for generating electric power by reacting a reactive gas, and a water reservoir for collecting water generated by the electric power generation of the fuel cell, provided in a reactive gas flow path serving as a passage for the reactive gas. And a drain valve that drains water from the water reservoir, wherein the drain valve opening means opens the drain valve when the fuel cell is started, and the fuel cell Freezing judgment means for judging whether or not the water in the water reservoir and the drain valve is frozen at the time of startup, and in the water reservoir or the drain valve when it is judged that the water is frozen by the freezing judgment means Thawing determination means for determining whether or not the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed based on parameters that change in relation to the thawing of the ice, and the drain valve opening means opens the valve Reaction gas detection means for detecting the amount of the reaction gas discharged from the drain valve as the parameter, and the freezing determination means stores the outside air temperature while the fuel cell is stopped. Determining whether or not the water in the water reservoir and the drain valve is frozen based on whether or not the outside air temperature has become below freezing point while the fuel cell is stopped, and the thawing determination means includes the reaction gas When the amount of the reaction gas detected by the detection means exceeds a predetermined value, it is determined that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed, and the drain valve opening means has the thawing determination means The drain valve is opened under normal control when it is determined that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed.

請求項２に記載の発明によれば、例えばドレイン弁内に水が溜まらない構造となっている燃料電池システムにおいて、燃料電池を起動させると、凍結判断手段によって、水溜部内およびドレイン弁内の水が凍っているか否かが判断されるとともに、ドレイン弁開弁手段によってドレイン弁が開弁され、反応ガス検知手段によって反応ガスの検知が開始される。そして、凍結判断手段によって水が凍っていると判断されると、解凍判断手段は、反応ガス検知手段で検知した反応ガスの量が所定値を超えているか否か、すなわちドレイン系内の氷が解けて所定量の反応ガスがドレイン弁から排出されたか否かを判断することで、水溜部内およびドレイン弁内の氷が解凍されたか否かを判断する。そして、この解凍判断手段は、反応ガスの量が所定値を超えていると判断したときに、水溜部内およびドレイン弁内の氷が解凍されたと判断する。さらに、ドレイン弁開弁手段は、解凍判断手段が、水溜部内およびドレイン弁内の氷が解凍されたと判断したときに、ドレイン弁を通常制御で開弁する。 According to the second aspect of the present invention, for example, in a fuel cell system having a structure in which water does not accumulate in the drain valve, when the fuel cell is activated, the water in the water reservoir and the drain valve is detected by the freezing determination means. It is determined whether or not the gas is frozen, the drain valve is opened by the drain valve opening means, and the detection of the reaction gas is started by the reaction gas detection means. When it is determined that the water is frozen by the freezing determination means, the thawing determination means determines whether or not the amount of the reaction gas detected by the reaction gas detection means exceeds a predetermined value, that is, the ice in the drain system By determining whether or not a predetermined amount of the reaction gas has been discharged from the drain valve, it is determined whether or not the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed. The thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed when it is determined that the amount of the reaction gas exceeds a predetermined value. Further, the drain valve opening means opens the drain valve under normal control when the thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed.

請求項１に記載の発明によれば、ドレイン系内の水が凍った場合には、その氷が解凍したか否かを解凍判断手段が判断するので、ドレイン弁からの水の排出が可能となるタイミングを正確に把握することができる。そのため、燃料電池の停止中にドレイン系内の水が凍った場合であっても、次の起動時において適切にドレイン弁の制御を開始させることができる。
また、例えば電流値、電圧値などの通常の燃料電池システムにおいて検出しているパラメータによって求められる燃料電池の発熱量の積算値によって解凍判断をするので、解凍判断のための専用のセンサを設ける必要がなく、部品点数の削減が可能となり、コストの低減や軽量化を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the water in the drain system is frozen, the thawing determination means determines whether or not the ice has thawed, so that water can be discharged from the drain valve. Can be accurately grasped. Therefore, even when the water in the drain system is frozen while the fuel cell is stopped, the drain valve can be appropriately controlled at the next startup.
Further, for example, since the defrosting determination is performed based on the integrated value of the calorific value of the fuel cell obtained from the parameters detected in the normal fuel cell system such as the current value and the voltage value, it is necessary to provide a dedicated sensor for the defrosting determination. Therefore, the number of parts can be reduced, and the cost and weight can be reduced.

請求項２に記載の発明によれば、ドレイン系内の水が凍った場合には、その氷が解凍したことを、解凍判断手段が、ドレイン弁から反応ガスが排出されたことで判断するので、ドレイン弁からの水の排出が可能となるタイミングを正確に把握することができる。そのため、燃料電池の停止中にドレイン系内の水が凍った場合であっても、次の起動時において適切にドレイン弁の制御を開始させることができる。 According to the second aspect of the present invention, when the water in the drain system is frozen, the thawing determination means determines that the ice has been thawed by the reaction gas being discharged from the drain valve. It is possible to accurately grasp the timing at which water can be discharged from the drain valve. Therefore, even when the water in the drain system is frozen while the fuel cell is stopped, the drain valve can be appropriately controlled at the next startup.

〔第１の実施形態〕
次に、本発明の第１の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は第１の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図であり、図２は図１のＥＣＵの構成を示すブロック図である。 [First Embodiment]
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to the first embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the ECU of FIG.

図１に示すように、燃料電池システムＳは、走行モータＭに電流を供給する燃料電池ＦＣと、この燃料電池ＦＣに空気を供給する空気供給系１と、燃料電池ＦＣに水素を供給する水素供給系２と、各種機器の制御を行うＥＣＵ（制御装置）３と、燃料電池ＦＣで生じた電圧を検出するための電圧計４１と、燃料電池ＦＣから流れてくる電流を検出するための電流計４２と、外気温を検出するための外気温センサ４３とを備えている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system S includes a fuel cell FC that supplies current to the traveling motor M, an air supply system 1 that supplies air to the fuel cell FC, and hydrogen that supplies hydrogen to the fuel cell FC. Supply system 2, ECU (control device) 3 for controlling various devices, voltmeter 41 for detecting the voltage generated in fuel cell FC, and current for detecting current flowing from fuel cell FC A total 42 and an outside air temperature sensor 43 for detecting the outside air temperature are provided.

燃料電池ＦＣは、プロトン導電性の高分子電解質膜を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電している。そのため、この燃料電池ＦＣでは、発電に伴って水が主にカソード極側に生成されており、この水は高分子電解質膜を介して水素供給系２に入り込むようになっている。 The fuel cell FC has a structure in which a cathode electrode is partitioned on one side and an anode electrode is partitioned on the other side with a proton conductive polymer electrolyte membrane interposed therebetween, and oxygen in the air supplied to the cathode electrode. Power is generated by an electrochemical reaction with hydrogen supplied to the anode electrode. Therefore, in the fuel cell FC, water is mainly generated on the cathode electrode side with power generation, and this water enters the hydrogen supply system 2 through the polymer electrolyte membrane.

空気供給系１は、空気を圧縮して供給するコンプレッサＣと、このコンプレッサＣからの空気を燃料電池ＦＣに導くとともに燃料電池ＦＣから排出される空気を外部に導く空気用流路１１と、この空気用流路１１の出口に設けられてカソード極側の圧力（背圧）を制御する背圧弁１２とを主に備えている。 The air supply system 1 includes a compressor C that compresses and supplies air, an air flow path 11 that guides the air from the compressor C to the fuel cell FC, and guides the air discharged from the fuel cell FC to the outside. A back pressure valve 12 is provided mainly at the outlet of the air flow path 11 and controls the pressure (back pressure) on the cathode electrode side.

水素供給系２は、水素タンクＨＴ、水素供給用流路２１、遮断弁２２、エゼクタ２３、循環流路２４、キャッチタンク（水溜部）２５およびドレイン弁２６を主に備えている。水素タンクＨＴ内には、燃料ガス（反応ガス）としての水素が充填されており、この水素は、遮断弁２２と水素タンクＨＴ内に備えられた図示しない電磁弁とが開放されることで、水素供給用流路２１を通って燃料電池ＦＣへ排出されるようになっている。エゼクタ２３は、水素タンクＨＴからの水素と燃料電池ＦＣから戻ってくる水素を混合させ、これを燃料電池ＦＣに再供給して水素を循環させている。循環流路２４は、燃料電池ＦＣから排出される水素をエゼクタ２３を介して再度燃料電池ＦＣに戻す流路であり、その適所にキャッチタンク２５が取り付けられている。 The hydrogen supply system 2 mainly includes a hydrogen tank HT, a hydrogen supply channel 21, a shutoff valve 22, an ejector 23, a circulation channel 24, a catch tank (water reservoir) 25, and a drain valve 26. The hydrogen tank HT is filled with hydrogen as a fuel gas (reactive gas). This hydrogen is released by opening a shutoff valve 22 and a solenoid valve (not shown) provided in the hydrogen tank HT. The fuel cell FC is discharged through the hydrogen supply channel 21. The ejector 23 mixes the hydrogen from the hydrogen tank HT and the hydrogen returned from the fuel cell FC, and supplies the fuel again to the fuel cell FC to circulate the hydrogen. The circulation flow path 24 is a flow path for returning hydrogen discharged from the fuel cell FC to the fuel cell FC again via the ejector 23, and a catch tank 25 is attached at an appropriate position thereof.

キャッチタンク２５は、燃料電池ＦＣから排出される水分を含んだ水素ガスを、水素ガスと水とに分離する気液分離の機能を有したタンクであり、その底部に分離した水が溜まる構造となっている。また、キャッチタンク２５の底部には、その内部の水を外部に導くためのドレインライン２５ａが接続されるとともに、このドレインライン２５ａにドレイン弁２６が設けられている。なお、キャッチタンク２５は、この燃料電池システムＳにおける水の排出性を考慮した下方の位置、すなわち燃料電池ＦＣや循環流路２４内の残溜水分が溜まりやすい位置に配設されている。 The catch tank 25 is a tank having a function of gas-liquid separation for separating hydrogen gas containing moisture discharged from the fuel cell FC into hydrogen gas and water, and has a structure in which the separated water is accumulated at the bottom. It has become. A drain line 25a is connected to the bottom of the catch tank 25 to guide water inside the catch tank 25, and a drain valve 26 is provided on the drain line 25a. Note that the catch tank 25 is disposed at a lower position in consideration of water discharge performance in the fuel cell system S, that is, at a position where residual water in the fuel cell FC and the circulation flow path 24 is likely to accumulate.

ドレイン弁２６は、キャッチタンク２５内の水を排出するために、その開閉がＥＣＵ３によって適宜制御されるようになっている。なお、以下の説明においては、便宜上、このドレイン弁２６や、前記したキャッチタンク２５およびドレインライン２５ａを総称して、ドレイン系Ｄとも呼ぶこととする。 The drain valve 26 is appropriately controlled to be opened and closed by the ECU 3 in order to discharge the water in the catch tank 25. In the following description, for convenience, the drain valve 26, the catch tank 25 and the drain line 25a are collectively referred to as a drain system D.

ＥＣＵ３は、燃料電池システムＳの各機器、主にコンプレッサＣ、空気用パージ弁１２、遮断弁２２、ドレイン弁２６の制御を行っている。特に、このＥＣＵ３は、燃料電池ＦＣの起動時において、ドレイン系Ｄ内の凍結を判断し、凍結している場合には氷が解凍したかを判断する制御を行っている。以下に、その詳細について説明する。 The ECU 3 controls each device of the fuel cell system S, mainly the compressor C, the air purge valve 12, the shutoff valve 22, and the drain valve 26. In particular, the ECU 3 performs control to determine whether or not the drain system D is frozen when the fuel cell FC is started up, and to determine whether or not the ice has thawed when it is frozen. The details will be described below.

図２に示すように、ＥＣＵ３は、凍結判断手段３１と、発熱量積算手段３２と、解凍判断手段３３と、ドレイン弁制御手段３４とを備えている。 As shown in FIG. 2, the ECU 3 includes a freezing determination unit 31, a calorific value integration unit 32, a thawing determination unit 33, and a drain valve control unit 34.

凍結判断手段３１は、燃料電池ＦＣの起動時に、外気温センサ４３から出力されてくる信号（温度）に基づいて、燃料電池ＦＣを停止させてから次に起動させるまでの間において外気温が一度でも氷点下となったか否かを判断することで、ドレイン系Ｄ内の水が凍っているか否かを判断する機能を有している。具体的に、この凍結判断手段３１は、外気温センサ４３で検出した外気温を燃料電池ＦＣの停止中において常時取り込んで記憶しておき、燃料電池ＦＣが次に起動されたときに前回の停止から今回の起動までに記憶した温度の蓄積データに基づいて、外気温が一度でも氷点下となったか否かを判断し、その後再び燃料電池ＦＣが停止されると、蓄積データを削除して、新たな蓄積データを記憶していく。そして、この凍結判断手段３１は、ドレイン系Ｄ内の水が凍っているか否かを判断すると、その結果を示す信号を解凍判断手段３３に出力するように構成されている。 When the fuel cell FC is started up, the freezing determination means 31 is based on a signal (temperature) output from the outside air temperature sensor 43, and the outside air temperature is once between the stop of the fuel cell FC and the next start-up. However, it has a function of determining whether or not the water in the drain system D is frozen by determining whether or not the temperature is below freezing point. Specifically, the freezing determination means 31 always captures and stores the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 43 while the fuel cell FC is stopped, and the previous stop when the fuel cell FC is started next time. From the accumulated data of the temperature stored until the start of this time, it is determined whether or not the outside air temperature has become below freezing point, and when the fuel cell FC is stopped again, the accumulated data is deleted and a new Memorize the accumulated data. The freezing determination means 31 is configured to output a signal indicating the result to the thawing determination means 33 when it is determined whether or not the water in the drain system D is frozen.

発熱量積算手段３２は、電圧計４１から送られてくる電圧値や、電流計４２から送られてくる電流値や、燃料電池ＦＣの起動からの経過時間などに基づいて、燃料電池ＦＣの起動から現在までの発熱量を積算する機能を有している。そして、この発熱量積算手段３２は、その積算した総発熱量を解凍判断手段３３に出力するように構成されている。なお、第１の実施形態においては、この総発熱量が、特許請求の範囲にいう「水溜部内またはドレイン弁内の氷の解凍に関連して変化するパラメータ」に相当する。 The calorific value integrating means 32 starts the fuel cell FC based on the voltage value sent from the voltmeter 41, the current value sent from the ammeter 42, the elapsed time since the fuel cell FC was started, and the like. It has a function to integrate the calorific value from the present to the present. The calorific value integrating means 32 is configured to output the accumulated total calorific value to the thawing determining means 33. In the first embodiment, the total calorific value corresponds to “a parameter that changes in relation to the thawing of ice in the water reservoir or the drain valve” in the claims.

解凍判断手段３３は、凍結判断手段３１から送られてくる信号が「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」である場合に、発熱量積算手段３２からの信号を参照して、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたか否かを判断する機能を有している。具体的には、この解凍判断手段３３は、凍結判断手段３１から「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」が送られてくると、発熱量積算手段３２から送られてくる燃料電池ＦＣの総発熱量が所定値を超えているか否かを判断し、総発熱量が所定値を超えていると判断したときに、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたと判断する機能を有している。 The thawing judging means 33 refers to the signal from the calorific value integrating means 32 when the signal sent from the freezing judging means 31 is “a signal indicating that the water in the drain system D is frozen”. , Has a function of determining whether or not the ice in the drain system D has been thawed. Specifically, the thawing determination means 33 is sent from the calorific value integration means 32 when a “signal indicating that the water in the drain system D is frozen” is sent from the freezing judgment means 31. A function for determining whether or not the total calorific value of the fuel cell FC exceeds a predetermined value and determining that the ice in the drain system D has been thawed when it is determined that the total calorific value exceeds the predetermined value. Have.

また、この解凍判断手段３３は、凍結判断手段３１から送られてくる信号が「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていないことを示す信号」である場合にも、ドレイン系Ｄ内の氷は解凍されていると判断する機能を有している。そして、この解凍判断手段３３は、ドレイン系Ｄ内の氷は解凍されていないと判断している間はドレイン弁制御手段３４には信号は送らず、解凍されたと判断したときにのみ、そのことを示す信号をドレイン弁制御手段３４に出力するように構成されている。 The thawing determination means 33 also thaws the ice in the drain system D even when the signal sent from the freezing determination means 31 is a “signal indicating that the water in the drain system D is not frozen”. It has the function to judge that it is done. The thawing determination means 33 does not send a signal to the drain valve control means 34 while determining that the ice in the drain system D has not been thawed, but only when it is determined that the ice has been thawed. Is output to the drain valve control means 34.

ドレイン弁制御手段３４は、解凍判断手段３３から「解凍されたことを示す信号」が送られてきたときに、ドレイン弁２６を通常制御で開弁させる機能を有している。ここで、通常制御とは、例えば、キャッチタンク２５に溜まった水の水位が所定値以上になったときにドレイン弁２６を所定時間の間に所定回数だけ開弁させる制御などをいう。 The drain valve control means 34 has a function of opening the drain valve 26 under normal control when a “signal indicating that the thawing is performed” is sent from the thawing determination means 33. Here, the normal control refers to, for example, control for opening the drain valve 26 a predetermined number of times during a predetermined time when the water level accumulated in the catch tank 25 becomes a predetermined value or more.

次に、ＥＣＵ３の動作について図１および図３を参照して説明する。参照する図面において、図３は、ドレイン弁を通常制御するまでのＥＣＵの動作を示すフローチャート（ａ）と、図３（ａ）のサブルーチンに基づくＥＣＵの動作を示すフローチャート（ｂ）と、図３（ｂ）の発熱量を積算するステップにおいて参照するマップ（ｃ）である。 Next, the operation of the ECU 3 will be described with reference to FIGS. 1 and 3. In the drawings to be referred to, FIG. 3 is a flowchart (a) showing the operation of the ECU until the drain valve is normally controlled, a flowchart (b) showing the operation of the ECU based on the subroutine of FIG. 3 (a), and FIG. It is a map (c) referred in the step of integrating the heat generation amount of (b).

図１および図３（ａ）に示すように、運転者によってイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がＯＮにされると、ＥＣＵ３は、まず、遮断弁２２の開弁、背圧弁１２の開弁およびコンプレッサＣの駆動を行うことによって、反応ガスである空気と水素ガスを燃料電池ＦＣに供給する（ステップＳ１）。そして、ステップＳ１によって燃料電池ＦＣの発電を開始させた後は、解凍判断工程に進むこととなる（ステップＳ２）。 As shown in FIGS. 1 and 3A, when the ignition switch (IGSW) is turned on by the driver, the ECU 3 first opens the shutoff valve 22, the back pressure valve 12, and the compressor C. By driving, air and hydrogen gas, which are reaction gases, are supplied to the fuel cell FC (step S1). Then, after starting the power generation of the fuel cell FC in step S1, the process proceeds to the thawing determination process (step S2).

解凍判断工程では、図３（ｂ）に示すように、まず、燃料電池ＦＣの前回の停止から今回の起動までの間において外気温が一度でも氷点下となったか否か、すなわち燃料電池ＦＣの前回の停止から今回の起動までの間外気温が常に０℃を超えていたか否かが判断される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、外気温が一度でも氷点下となったと判断された場合には（Ｎｏ）、現在の電圧Ｖと電流Ｉから現在の仕事率Ｗが算出される（ステップＳ１２）。 In the thawing determination step, as shown in FIG. 3 (b), first, whether or not the outside air temperature has fallen below the freezing point between the previous stop of the fuel cell FC and the current start-up, that is, the previous time of the fuel cell FC. It is determined whether or not the outside air temperature has always exceeded 0 ° C. from the stop to the current start (step S11). In step S11, when it is determined that the outside air temperature has fallen below freezing point (No), the current power W is calculated from the current voltage V and current I (step S12).

なお、このステップＳ１２における仕事率Ｗの算出は、図３（ｃ）に示すＩ−Ｖ特性を示すマップを用いて行われる。具体的には、電流Ｉが０Ａ（アンペア）のときの電圧Ｖ０と現在の電圧Ｖとの差に、現在の電流Ｉを乗算することによって、仕事率Ｗが算出される。 The calculation of the work rate W in step S12 is performed using the map showing the IV characteristic shown in FIG. Specifically, the work rate W is calculated by multiplying the difference between the voltage V0 when the current I is 0 A (ampere) and the current voltage V by the current current I.

そして、ステップＳ１２の後は、ステップＳ１３に進んで、後記するフラグが立っているか否か（「Ｆｌａｇ＝１」となっているか否か）が判断される。ステップＳ１３において、フラグが立っていないと判断された場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１４に進んで、フラグが立てられるとともに、タイマーが起動されて燃料電池ＦＣの起動からの経過時間が計測されることとなる。また、ステップＳ１３において、フラグが立っていると判断された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４において起動されたタイマーを参照して、前回の仕事率Ｗ_n-1の算出（ステップＳ１２）から今回の仕事率Ｗ_nの算出までの経過時間が算出される（ステップＳ１５）。 Then, after step S12, the process proceeds to step S13 to determine whether or not a flag to be described later is set (whether or not “Flag = 1”). If it is determined in step S13 that the flag is not set (No), the process proceeds to step S14, the flag is set, and the timer is started to measure the elapsed time from the start of the fuel cell FC. It will be. If it is determined in step S13 that the flag is set (Yes), the timer started in step S14 is referred to and the current work rate Wn _-1 is calculated (step S12). elapsed time is calculated to the work rate W _n calculated in (step S15).

ステップＳ１５の後は、ステップＳ１６に進んで、ステップＳ１２で算出した仕事率と、ステップＳ１５で算出した経過時間と、固定値である仕事量とに基づいて、今回の燃料電池ＦＣの発熱量Ｑ_nが算出されるとともに、この発熱量Ｑ_nが以前に算出した発熱量Ｑ₁〜Ｑ_n-1に積算される。ここで、発熱量Ｑ_nの算出は、次式により行われる。
Ｑ_n ＝Ｗ_n × Ｔ_n ÷ Ｋ
（Ｑ_n：発熱量、Ｗ_n：今回の仕事率、Ｔ_n：今回の経過時間、Ｋ：仕事量〔固定値；４．２Ｊ〕）
また、ステップＳ１４の後も、ステップＳ１６に進むが、このときはステップＳ１５における経過時間の算出が行われていないので、発熱量Ｑ₁は０Ｊ（ジュール）となる。 After step S15, the process proceeds to step S16, and based on the work rate calculated in step S12, the elapsed time calculated in step S15, and the work amount which is a fixed value, the heat generation amount Q of the current fuel cell FC. _n is calculated, and this calorific value Q _n is added to the calorific values Q _{1 to} Q _n−1 previously calculated. Here, the calorific value Q _n is calculated by the following equation.
Q _n = W _n × T _n ÷ K
(Q _n: calorific value, W _n: This work rate, T _n: elapsed time of the current, K: the amount of work [fixed value; 4.2 J])
Also, after step S14, the process proceeds to step S16, since this time is not performed to calculate the elapsed time in step S15, the calorific value Q ₁ is a 0 J (Joule).

そして、ステップＳ１６の後は、ステップＳ１６で積算された総発熱量Ｑが所定値を超えているか否かが判断され（ステップＳ１７）、所定値を超えていないと判断された場合は（Ｎｏ）、再びステップＳ１１〜Ｓ１７の処理が繰り返されることとなる。ここで、ステップＳ１７で参照する所定値は、ドレイン系Ｄの氷が解凍し得る熱量であり、燃料電池ＦＣからの総発熱量が各デバイスで吸収されることをも考慮して、実験またはシミュレーションなどによって予め算出されている。なお、この所定値は、本実施形態のように予め算出した値に固定しておく必要はなく、例えば、キャッチタンク２５内の水の水位や外気温などを加味したマップを作成し、このマップに基づいて適宜変更するようにしてもよい。 Then, after step S16, it is determined whether or not the total calorific value Q accumulated in step S16 exceeds a predetermined value (step S17), and if it is determined that it does not exceed the predetermined value (No). The processes in steps S11 to S17 are repeated again. Here, the predetermined value referred to in step S17 is an amount of heat that can be thawed by the ice of the drain system D, and an experiment or simulation taking into account that the total calorific value from the fuel cell FC is absorbed by each device. For example, it is calculated in advance. The predetermined value does not need to be fixed to a value calculated in advance as in the present embodiment. For example, a map that takes into account the water level of the water in the catch tank 25, the outside temperature, and the like is created, and this map You may make it change suitably based on.

ステップＳ１７において所定値を超えたと判断された場合や（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１において燃料電池ＦＣの停止中に外気温が氷点下となることは一度もなかったと判断された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８に進んで、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍された（あるいは既に解凍された状態である）と判断される。その後は、ステップＳ１４においてフラグが立てられている場合には、ステップＳ１９において、そのフラグが元に戻されて（「Ｆｌａｇ＝０」にされて）、このサブルーチン（解凍判断工程）の動作が終了する。そして、解凍判断工程の処理が終わった後は、ドレイン系Ｄ内の氷は解凍された状態となっているため、再び図３（ａ）に示すフローに戻って、ドレイン弁２６が通常制御されることとなる（ステップＳ３）。 If it is determined in step S17 that the predetermined value has been exceeded (Yes), or if it is determined in step S11 that the outside temperature has never become below freezing while the fuel cell FC is stopped (Yes), Proceeding to S18, it is determined that the ice in the drain system D has been thawed (or has already been thawed). Thereafter, if the flag is set in step S14, the flag is returned to the original in step S19 ("Flag = 0" is set), and the operation of this subroutine (decompression determination step) is completed. To do. After the processing of the thawing determination process is completed, the ice in the drain system D is in a thawed state, so the flow returns to the flow shown in FIG. 3A again, and the drain valve 26 is normally controlled. (Step S3).

以上によれば、第１の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
ドレイン系Ｄ内の水が凍った場合には、その氷が解凍したか否かを解凍判断手段３３が判断するので、ドレイン弁２６からの水の排出が可能となるタイミングを正確に把握することができる。そのため、燃料電池ＦＣの停止中にドレイン系Ｄ内の水が凍った場合であっても、次の起動時において適切にドレイン弁２６の制御を開始させることができる。 According to the above, the following effects can be obtained in the first embodiment.
When the water in the drain system D is frozen, the thawing determination means 33 determines whether or not the ice has thawed, so that the timing at which water can be discharged from the drain valve 26 can be accurately grasped. Can do. Therefore, even when the water in the drain system D is frozen while the fuel cell FC is stopped, the control of the drain valve 26 can be appropriately started at the next startup.

電流Ｉ、電圧Ｖといった通常の燃料電池システムにおいて検出しているパラメータによって求められる燃料電池ＦＣの総発熱量Ｑによって解凍判断をするので、解凍判断のための専用のセンサを設ける必要がなく、部品点数の削減が可能となり、コストの低減や軽量化を図ることができる。 Since the thawing determination is made based on the total calorific value Q of the fuel cell FC obtained by parameters detected in a normal fuel cell system such as current I and voltage V, there is no need to provide a dedicated sensor for thawing determination. The number of points can be reduced, and the cost and weight can be reduced.

なお、本発明は、第１の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
第１の実施形態では、発熱量の算出を、主に電流や電圧に基づいて算出したが、本発明はこれに限定されず、例えば燃料電池の温度などに基づいて算出するようにしてもよい。ただし、この場合は、燃料電池に別途温度センサを設ける必要があるので、本実施形態のような構造にするのが望ましい。 The present invention is not limited to the first embodiment, and can be implemented in various forms.
In the first embodiment, the calorific value is calculated mainly based on the current and voltage. However, the present invention is not limited to this, and may be calculated based on the temperature of the fuel cell, for example. . However, in this case, since it is necessary to provide a temperature sensor separately in the fuel cell, it is desirable to have the structure as in this embodiment.

〔変形例〕
以下に、本発明の変形例について説明する。この変形例は第１の実施形態の構造を一部変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図４は変形例に係る燃料電池システムを示す構成図であり、図５は図４のＥＣＵの構成を示すブロック図である。 [ Modification ]
Below, the modification of this invention is demonstrated. Since this modification is obtained by partially changing the structure of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 4 is a block diagram showing a fuel cell system according to a modification , and FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the ECU of FIG.

図４に示すように、変形例に係る燃料電池システムＳ’は、第１の実施形態の構造において設けていた電圧計４１および電流計４２の代わりに、キャッチタンク２５内の温度を検出するための温度センサ（温度検出手段）４４を備えている。また、この燃料電池システムＳ’には、第１の実施形態とは異なった解凍判断を行うＥＣＵ３’が設けられている。 As shown in FIG. 4, the fuel cell system S ′ according to the modified example detects the temperature in the catch tank 25 instead of the voltmeter 41 and the ammeter 42 provided in the structure of the first embodiment. Temperature sensor (temperature detection means) 44 is provided. In addition, the fuel cell system S ′ is provided with an ECU 3 ′ that performs a thawing determination different from that in the first embodiment.

図５に示すように、ＥＣＵ３’は、第１の実施形態と同様の機能を有する凍結判断手段３１およびドレイン弁制御手段３４と、第１の実施形態とは多少機能が異なる解凍判断手段３３’とで構成されている。以下に、解凍判断手段３３’の第１の実施形態とは異なる機能のみを説明することとする。 As shown in FIG. 5, the ECU 3 ′ includes a freezing determination unit 31 and a drain valve control unit 34 having functions similar to those of the first embodiment, and a thawing determination unit 33 ′ having a slightly different function from that of the first embodiment. It consists of and. Hereinafter, only functions different from those of the first embodiment of the decompression determination unit 33 'will be described.

解凍判断手段３３’は、凍結判断手段３１から送られてくる信号が「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」である場合に、温度センサ４４からの信号を参照して、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたと判断する機能を有している。具体的には、この解凍判断手段３３’は、凍結判断手段３１から「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」が送られてくると、温度センサ４４から送られてくるキャッチタンク２５内の温度が所定値を超えているか否かを判断し、温度が所定値を超えていると判断したときに、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたと判断する機能を有している。 When the signal sent from the freezing judgment means 31 is a “signal indicating that the water in the drain system D is frozen”, the thawing judgment means 33 ′ refers to the signal from the temperature sensor 44, It has a function of determining that the ice in the drain system D has been thawed. Specifically, the thaw determination means 33 ′ receives a catch signal sent from the temperature sensor 44 when a “signal indicating that the water in the drain system D is frozen” is sent from the freeze judgment means 31. It has a function of determining whether or not the temperature in the tank 25 exceeds a predetermined value, and determining that the ice in the drain system D has been thawed when it is determined that the temperature exceeds the predetermined value. .

次に、ＥＣＵ３’の動作（特に、解凍判断手段３３’の動作）について図６を参照して説明する。参照する図面において、図６は、変形例に係るＥＣＵの解凍判断を示すフローチャートである。なお、本変形例に係るＥＣＵ３’の動作は、第１の実施形態において説明した図３（ａ）のフローチャートのうちの解凍判断工程（ステップＳ２）のみを変更したものなので、その他の動作（ステップＳ１，Ｓ３）についての説明は省略することとする。 Next, the operation of the ECU 3 ′ (in particular, the operation of the thawing determination means 33 ′) will be described with reference to FIG. In the drawings to be referred to, FIG. 6 is a flowchart showing the thawing determination of the ECU according to the modification . Note that the operation of the ECU 3 ′ according to the present modification is obtained by changing only the thawing determination step (step S2) in the flowchart of FIG. 3A described in the first embodiment. The description of S1, S3) will be omitted.

図６に示すように、解凍判断工程では、まず、第１の実施形態と同様に外気温に基づいてドレイン系Ｄ内の水が凍結しているか否かが判断される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、凍結していると判断された場合には（Ｎｏ）、現在のキャッチタンク２５内の温度Ｔが所定値Ｔ１を超えているか否かが判断されることで、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたか否かが判断される（ステップＳ２１）。 As shown in FIG. 6, in the thawing determination step, first, it is determined whether or not the water in the drain system D is frozen based on the outside air temperature as in the first embodiment (step S11). In step S11, when it is determined that it is frozen (No), it is determined whether or not the current temperature T in the catch tank 25 exceeds a predetermined value T1, so that the inside of the drain system D is determined. It is determined whether or not the ice has been thawed (step S21).

ステップＳ２１において、所定値Ｔ１を超えていないと判断された場合は（Ｎｏ）、再びステップＳ１１，Ｓ２１の処理が繰り返されることとなる。そして、ステップＳ２１において所定値を超えたと判断された場合や（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１においてドレイン系Ｄが凍結していないと判断された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８に進んで、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍された（あるいは既に解凍された状態である）と判断される。 If it is determined in step S21 that the predetermined value T1 is not exceeded (No), the processes in steps S11 and S21 are repeated again. If it is determined in step S21 that the predetermined value has been exceeded (Yes), or if it is determined in step S11 that the drain system D is not frozen (Yes), the process proceeds to step S18, and the drain system D It is determined that the ice inside is thawed (or already thawed).

以上によれば、変形例において、次のような効果を得ることができる。
温度センサ４４によってドレイン弁２６付近の温度を直接検出するので、確実な解凍判断を行うことが可能となる。 According to the above, the following effects can be obtained in the modified example .
Since the temperature near the drain valve 26 is directly detected by the temperature sensor 44, it is possible to make a reliable thawing determination.

なお、本発明は、変形例に限定されることなく、様々な形態で実施される。
変形例では、キャッチタンク２５内の温度を検出するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えばドレインライン２５ａ内やドレイン弁２６内の温度などを検出するようにしてもよい。 In addition, this invention is implemented in various forms, without being limited to a modification .
In the modification , the temperature in the catch tank 25 is detected. However, the present invention is not limited to this. For example, the temperature in the drain line 25a or the drain valve 26 may be detected.

〔第２の実施形態〕
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態は第１の実施形態の構造を一部変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図７は第２の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図であり、図８は図７のＥＣＵの構成を示すブロック図である。なお、第２の実施形態においては、ドレイン弁２６はその内部に水が溜まらない構造（ドレイン弁２６が凍結によって開かなくなることがない構造）となっているものとする。 Second Embodiment
The second embodiment of the present invention will be described below. Since this embodiment is obtained by partially changing the structure of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 7 is a block diagram showing a fuel cell system according to the second embodiment, and FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the ECU of FIG. In the second embodiment, it is assumed that the drain valve 26 has a structure in which water does not accumulate in the drain valve 26 (a structure in which the drain valve 26 does not stop opening due to freezing).

図７に示すように、第２の実施形態に係る燃料電池システムＳ”は、第１の実施形態の構造において設けていた電圧計４１および電流計４２の代わりに、ドレイン弁２６の下流側に設けられる水素センサ（反応ガス検知手段）４５を備えている。また、この燃料電池システムＳ’には、第１の実施形態とは異なった解凍判断を行うＥＣＵ３”が設けられている。 As shown in FIG. 7, the fuel cell system S ″ according to the second embodiment is arranged on the downstream side of the drain valve 26 instead of the voltmeter 41 and the ammeter 42 provided in the structure of the first embodiment. A hydrogen sensor (reactive gas detection means) 45 is provided, and the fuel cell system S ′ is provided with an ECU 3 ″ for performing a thawing determination different from that of the first embodiment.

図８に示すように、ＥＣＵ３”は、第１の実施形態とは多少機能が異なる凍結判断手段３５、解凍判断手段３６およびドレイン弁制御手段３７によって構成されている。 As shown in FIG. 8, the ECU 3 ″ includes a freezing determination means 35, a thawing determination means 36, and a drain valve control means 37 that are slightly different in function from the first embodiment.

凍結判断手段３５は、外気温に基づいてドレイン系Ｄ内の水が凍っているか否かを判断し、その結果を解凍判断手段３６に出力するといった第１の実施形態と同様の機能を有している。また、この凍結判断手段３５は、ドレイン系Ｄ内の水が凍っていると判断した場合には、その信号をドレイン弁制御手段３７にも出力するといった第１の実施形態とは異なる機能をも有している。 The freezing determination means 35 has a function similar to that of the first embodiment in which it is determined whether or not the water in the drain system D is frozen based on the outside air temperature, and the result is output to the thawing determination means 36. ing. In addition, the freezing determination means 35 has a function different from that of the first embodiment in that when it is determined that the water in the drain system D is frozen, the signal is also output to the drain valve control means 37. Have.

解凍判断手段３６は、凍結判断手段３５から送られてくる信号が「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」である場合に、水素センサ４５からの信号を参照して、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたか否かを判断するといった第１の実施形態とは異なる機能を有している。具体的には、この解凍判断手段３６は、凍結判断手段３５から「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」が送られてくると、水素センサ４５から送られてくる水素ガスの量（水素濃度）が所定値を超えているか否かを判断し、水素濃度が所定値を超えていると判断したときに、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたと判断する機能を有している。ここで、水素濃度に基づいて解凍判断ができるとする理由は、水素濃度が所定値以下である場合には、ドレイン弁２６から水素ガスが通常通り排出されていないと認識して、キャッチタンク２５やドレインライン２５ａが凍結により閉塞されていると判断でき、また、水素濃度が所定値を超えている場合には、ドレイン弁２６から水素ガスが通常通り排出されていると認識して、キャッチタンク２５やドレインライン２５ａを閉塞していた氷が解凍したと判断できるからである。 The thawing determination means 36 refers to the signal from the hydrogen sensor 45 when the signal sent from the freezing determination means 35 is a “signal indicating that the water in the drain system D is frozen”. It has a different function from the first embodiment, such as determining whether or not the ice in the system D has been thawed. Specifically, the thawing determination means 36 receives the hydrogen gas sent from the hydrogen sensor 45 when a “signal indicating that the water in the drain system D is frozen” is sent from the freezing judgment means 35. A function of determining whether or not the ice in the drain system D has been thawed when it is determined whether or not the amount of hydrogen (hydrogen concentration) exceeds a predetermined value and the hydrogen concentration exceeds a predetermined value ing. Here, the reason why the thawing determination can be made based on the hydrogen concentration is that when the hydrogen concentration is equal to or lower than the predetermined value, it is recognized that the hydrogen gas is not normally discharged from the drain valve 26, and the catch tank 25 It can be determined that the drain line 25a is closed due to freezing, and if the hydrogen concentration exceeds a predetermined value, it is recognized that the hydrogen gas is normally discharged from the drain valve 26, and the catch tank This is because it can be determined that the ice that has closed the drain line 25 and the drain line 25a has thawed.

また、この解凍判断手段３６は、凍結判断手段３５から送られてくる信号が「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていないことを示す信号」である場合にも、ドレイン系Ｄ内の氷は解凍されていると判断するといった第１の実施形態と同様の機能を有している。そして、この解凍判断手段３６は、ドレイン系Ｄ内の氷は解凍されていないと判断している間はドレイン弁制御手段３７には信号は送らず、解凍されたと判断したときにのみ、そのことを示す信号をドレイン弁制御手段３７に出力するといった第１の実施形態と同様の機能をも有している。 The thawing determination means 36 also thaws the ice in the drain system D even when the signal sent from the freezing determination means 35 is a “signal indicating that the water in the drain system D is not frozen”. It has the same function as that of the first embodiment, such as determining that it has been performed. The thawing determination means 36 does not send a signal to the drain valve control means 37 while determining that the ice in the drain system D has not been thawed, but only when it is determined that the ice has been thawed. It also has a function similar to that of the first embodiment, such as outputting a signal indicating that to the drain valve control means 37.

ドレイン弁制御手段３７は、解凍判断手段３６から「解凍されたことを示す信号」が送られてきたときに、ドレイン弁２６を通常制御で開弁させるといった第１の実施形態と同様の機能を有している。また、このドレイン弁制御手段３７は、凍結判断手段３５から「ドレイン系Ｄ内の水が凍っていることを示す信号」が送られてきたときに、ドレイン弁２６を開弁させるといった第１の実施形態とは異なる機能（ドレイン弁開弁手段）をも有している。 The drain valve control means 37 has the same function as that of the first embodiment, such as opening the drain valve 26 under normal control when a “signal indicating that thawing has been performed” is sent from the thawing determination means 36. Have. Further, the drain valve control means 37 is configured to open the drain valve 26 when a “signal indicating that the water in the drain system D is frozen” is sent from the freezing judgment means 35. It also has a function (drain valve opening means) different from the embodiment.

次に、ＥＣＵ３”の動作について図９を参照して説明する。参照する図面において、図９は、第２の実施形態に係るＥＣＵの解凍判断を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係るＥＣＵ３”の動作は、第１の実施形態において説明した図３（ａ）のフローチャートのうちの解凍判断工程（ステップＳ２）のみを変更したものなので、その他の動作（ステップＳ１，Ｓ３）についての説明は省略することとする。 Next, the operation of the ECU 3 ″ will be described with reference to FIG. 9. In the referenced drawing, FIG. 9 is a flowchart showing the defrosting determination of the ECU according to the second embodiment. The operation of the ECU 3 ″ is a modification of only the thawing determination step (step S2) in the flowchart of FIG. 3A described in the first embodiment, so that the other operations (steps S1 and S3) are described. Will be omitted.

図９に示すように、解凍判断工程では、まず、第１の実施形態と同様に外気温に基づいてドレイン系Ｄ内の水が凍結しているか否かが判断される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、凍結していると判断された場合には（Ｎｏ）、ステップＳ３１に進んで、ドレイン弁２６が開弁される。ステップＳ３１の後は、ステップＳ３２に進んで、水素センサ４５で検出した水素濃度が所定値を超えているか否かが判断されることで、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍されたか否かが判断される（ステップＳ３２）。 As shown in FIG. 9, in the thawing determination step, it is first determined whether or not the water in the drain system D is frozen based on the outside air temperature as in the first embodiment (step S11). If it is determined in step S11 that it is frozen (No), the flow proceeds to step S31, and the drain valve 26 is opened. After step S31, the process proceeds to step S32, and it is determined whether or not the ice in the drain system D has been thawed by determining whether or not the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 45 exceeds a predetermined value. (Step S32).

ステップＳ３２において、所定値を超えていないと判断された場合は（Ｎｏ）、再びステップＳ１１，Ｓ３１，Ｓ３２の処理が繰り返されることとなる。そして、ステップＳ３２において所定値を超えたと判断された場合や（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１においてドレイン系Ｄが凍結していないと判断された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８に進んで、ドレイン系Ｄ内の氷が解凍された（あるいは既に解凍された状態である）と判断される。 If it is determined in step S32 that the predetermined value is not exceeded (No), the processes of steps S11, S31, and S32 are repeated again. If it is determined in step S32 that the predetermined value has been exceeded (Yes), or if it is determined in step S11 that the drain system D is not frozen (Yes), the process proceeds to step S18, and the drain system D It is determined that the ice inside is thawed (or already thawed).

以上によれば、第２の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
ドレイン系Ｄ内を閉塞させている氷が解凍したということをドレイン弁２６から所定量の水素ガスが排出されたことで判断するので、確実な解凍判断を行うことが可能となる。また、このようにドレイン系Ｄの連通状態を監視することで解凍判断を行うので、例えばドレイン系Ｄ内の氷が完全に溶けなくとも、水素ガスが流れる孔を通じて排水でき、迅速にドレイン弁２６を通常制御することが可能となる。 According to the above, the following effects can be obtained in the second embodiment.
Since it is determined that the ice blocking the inside of the drain system D has been thawed by discharging a predetermined amount of hydrogen gas from the drain valve 26, a reliable thawing determination can be performed. Further, since the thawing determination is performed by monitoring the communication state of the drain system D in this manner, for example, even if the ice in the drain system D is not completely melted, it can be drained through a hole through which hydrogen gas flows, and the drain valve 26 can be quickly sunk. Can be normally controlled.

なお、本発明は、前記各実施形態（第１の実施形態〜第２の実施形態）に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記各実施形態では、外気温センサ４３で検出した信号に基づいて、ドレイン系Ｄ内の水が凍っているか否かを判断したが、本発明はこれに限定されず、例えばドレイン系Ｄ内の温度を検出する温度センサからの信号に基づいて、ドレイン系Ｄ内の水の凍結を判断してもよい。 In addition, this invention is implemented in various forms, without being limited to each said embodiment (1st Embodiment- 2nd Embodiment).
In each of the above embodiments, it is determined whether or not the water in the drain system D is frozen based on the signal detected by the outside air temperature sensor 43, but the present invention is not limited to this. Freezing of water in the drain system D may be determined based on a signal from a temperature sensor that detects the temperature.

第１の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。It is a lineblock diagram showing the fuel cell system concerning a 1st embodiment. 図１のＥＣＵの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of ECU of FIG. ドレイン弁を通常制御するまでのＥＣＵの動作を示すフローチャート（ａ）と、図３（ａ）のサブルーチンに基づくＥＣＵの動作を示すフローチャート（ｂ）と、図３（ｂ）の発熱量を積算するステップにおいて参照するマップ（ｃ）である。The flowchart (a) showing the operation of the ECU until the drain valve is normally controlled, the flowchart (b) showing the operation of the ECU based on the subroutine of FIG. 3 (a), and the heat generation amount of FIG. 3 (b) are integrated. It is the map (c) referred in a step. 変形例に係る燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system which concerns on a modification . 図４のＥＣＵの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of ECU of FIG. 変形例に係るＥＣＵの解凍判断を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the thawing | decompression determination of ECU which concerns on a modification . 第２の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 図７のＥＣＵの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of ECU of FIG. 第２の実施形態に係るＥＣＵの解凍判断を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the thawing | decompression determination of ECU which concerns on 2nd Embodiment.

Explanation of symbols

１空気供給系
２水素供給系
３ＥＣＵ
２５キャッチタンク（水溜部）
２５ａドレインライン
２６ドレイン弁
３１凍結判断手段
３２発熱量積算手段
３３解凍判断手段
３４ドレイン弁制御手段
４１電圧計
４２電流計
４３外気温センサ
Ｄドレイン系
ＦＣ燃料電池
Ｓ燃料電池システム 1 Air supply system 2 Hydrogen supply system 3 ECU
25 Catch tank (water reservoir)
25a Drain line 26 Drain valve 31 Freezing determination means 32 Heat generation amount integration means 33 Defrosting determination means 34 Drain valve control means 41 Voltmeter 42 Ammeter 43 Outside temperature sensor D Drain system FC Fuel cell S Fuel cell system

Claims

A fuel cell that generates power by reacting reactive gases; and
A water reservoir for storing water generated by power generation of the fuel cell;
A drain valve for discharging water from the water reservoir, and a fuel cell system comprising:
Freezing determination means for determining whether water in the water reservoir and the drain valve is frozen at the time of starting the fuel cell;
When the freezing determination means determines that the ice is frozen, the ice in the water reservoir and the drain valve is thawed based on a parameter that changes in relation to the thawing of ice in the water reservoir or the drain valve. Decompression determination means for determining whether or not,
A calorific value integrating means for integrating the calorific value from the start of the fuel cell to the present as the parameter based on the voltage generated in the fuel cell and the current flowing from the fuel cell ; and
The freezing determination means stores the outside air temperature while the fuel cell is stopped and determines whether the water temperature in the water reservoir and the drain valve is based on whether or not the outside temperature is below freezing point while the fuel cell is stopped. Determine whether or not
The thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed when the calorific value accumulated by the calorific value accumulating means exceeds a predetermined value,
The fuel cell system wherein the decompression determining means, when the ice of the water reservoir portion and in said drain valve is judged to have been decompressed, the drain valve control means and said valve opening to Rukoto the drain valve in the normal control.

  A fuel cell that generates power by reacting reactive gases; and
  A water reservoir that is provided in a reaction gas flow path serving as a passage for the reaction gas and accumulates water generated by power generation of the fuel cell;
  A drain valve for discharging water from the water reservoir, and a fuel cell system comprising:
  Drain valve opening means for opening the drain valve when starting the fuel cell;
  Freezing determination means for determining whether water in the water reservoir and the drain valve is frozen at the time of starting the fuel cell;
  When the freezing determination means determines that the ice is frozen, the ice in the water reservoir and the drain valve is thawed based on a parameter that changes in relation to the thawing of ice in the water reservoir or the drain valve. Decompression determination means for determining whether or not,
  Reaction gas detection means for detecting, as the parameter, the amount of the reaction gas discharged from the drain valve opened by the drain valve opening means,
The freezing determination means stores the outside air temperature while the fuel cell is stopped and determines whether the water temperature in the water reservoir and the drain valve is based on whether or not the outside temperature is below freezing point while the fuel cell is stopped. Determine whether or not
  The thawing determination means determines that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed when the amount of the reaction gas detected by the reaction gas detection means exceeds a predetermined value,
  The drain valve opening means opens the drain valve under normal control when the thawing judging means judges that the ice in the water reservoir and the drain valve has been thawed. system.