JP4917796B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP4917796B2
JP4917796B2 JP2005342271A JP2005342271A JP4917796B2 JP 4917796 B2 JP4917796 B2 JP 4917796B2 JP 2005342271 A JP2005342271 A JP 2005342271A JP 2005342271 A JP2005342271 A JP 2005342271A JP 4917796 B2 JP4917796 B2 JP 4917796B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
valve
fuel cell
shut
gas
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005342271A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007149496A (en
Inventor
裕嗣 松本
健一郎 上田
順司 上原
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2005342271A priority Critical patent/JP4917796B2/en
Publication of JP2007149496A publication Critical patent/JP2007149496A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4917796B2 publication Critical patent/JP4917796B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

この発明は、燃料ガス供給手段と燃料電池との間に設けられる燃料ガス遮断弁の開故障を検出し、開故障を検出したときに適切な応急対策を可能とした燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that detects an open failure of a fuel gas shutoff valve provided between a fuel gas supply means and a fuel cell, and that can take appropriate emergency measures when an open failure is detected.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極(燃料極)及びカソード電極(酸化剤極)を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス流路が形成される一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガス流路が形成されている。この燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode) are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, While being held by the separator, a fuel gas flow path is formed between the anode electrode and the separator, and an oxidant gas flow path is formed between the cathode electrode and the separator. This fuel cell is usually used as a fuel cell stack by laminating a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.

燃料電池システムにおいて、燃料ガスタンクから燃料ガス供給流路を通じ、燃料電池内の前記燃料ガス流路を介してアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、電解質膜を介してカソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガス供給流路を通じ、前記燃料電池内の前記酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。   In a fuel cell system, a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, supplied from a fuel gas tank through a fuel gas supply channel to the anode electrode through the fuel gas channel in the fuel cell is hydrogen ionized on the electrode catalyst. Then, it moves to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and electrons generated during the movement are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode electrode is supplied with an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas such as air, through the oxidant gas supply channel from the oxidant gas supply means through the oxidant gas channel in the fuel cell. Therefore, in this cathode electrode, hydrogen ions, electrons and oxygen gas react to generate water.

このような燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスタンクと前記燃料電池との間の前記燃料ガス供給流路に燃料ガスの流通を遮断する遮断弁が設けられる(特許文献1)。燃料電池システムのシステム停止中、この遮断弁を閉弁することで、例えば、前記電解質膜・電極構造体が保護される。すなわち、燃料電池が保護される。   In such a fuel cell system, a shut-off valve that shuts off the flow of the fuel gas is provided in the fuel gas supply channel between the fuel gas tank and the fuel cell (Patent Document 1). For example, the electrolyte membrane / electrode structure is protected by closing the shut-off valve while the fuel cell system is stopped. That is, the fuel cell is protected.

また、車両用ガス燃料供給システムにおいて、燃料ガス供給流路中に設けられた遮断弁の他、燃料ガスタンクに一体的に設けられた、いわゆるインタンク遮断弁(一体型遮断弁)を備えた構成が開示されている(特許文献2)。   In addition, the vehicle gas fuel supply system includes a so-called in-tank shut-off valve (integrated shut-off valve) provided integrally with the fuel gas tank in addition to the shut-off valve provided in the fuel gas supply flow path. Is disclosed (Patent Document 2).

特開2003−308868号公報(段落[0027])JP 2003-308868 (paragraph [0027]) 特開2000−274311号公報(段落[0030])JP 2000-274411 A (paragraph [0030])

ところで、燃料電池システムにおいては、システムの停止時に、前記電解質膜・電極構造体の保護等の観点から、遮断弁が開弁した状態のままになること(開故障)を検出することが必要である。この開故障を検出するために、遮断弁の下流側に圧力センサが設けられる。システムの停止時に遮断弁に弁指令を供給したにも拘わらず、前記圧力センサにより検出される圧力が低下しない場合には、遮断弁の開故障と判断される。 By the way, in the fuel cell system, when the system is stopped, it is necessary to detect that the shutoff valve remains open (open failure) from the viewpoint of protecting the electrolyte membrane / electrode structure. is there. In order to detect this open failure, a pressure sensor is provided downstream of the shutoff valve. Despite supply closing valve command to shut-off valve when the system is stopped, the pressure detected by the pressure sensor in the case does not decrease, it is determined that open failure of the shut-off valve.

上記特許文献1の構成において遮断弁の下流側に圧力センサを設けることで、遮断弁の開故障を検出することはできるが、遮断弁の開故障状態が継続していると、システムの停止時においては酸化剤ガス流路が大気に開放されカソード電極面側(カソード電極経路)の圧力が低下しているにも拘らず、アノード電極面側(アノード電極経路)には燃料ガス圧力がかかったままになることから前記電解質膜・電極構造体を保護することができなくなり、燃料電池が劣化するという問題がある。   By providing a pressure sensor downstream of the shut-off valve in the configuration of Patent Document 1 above, it is possible to detect an open failure of the shut-off valve. In this case, the fuel gas pressure was applied to the anode electrode surface side (anode electrode path) even though the oxidant gas flow path was opened to the atmosphere and the pressure on the cathode electrode surface side (cathode electrode path) decreased. As a result, the electrolyte membrane / electrode structure cannot be protected, and the fuel cell deteriorates.

また、上記特許文献2の構成において、遮断弁の下流側に圧力センサを設けた場合でも、システムの停止時に上流側の一体型遮断弁が閉弁されると、実際には遮断弁が開故障しているにも拘らず、圧力センサにより検出される圧力が低下することから、遮断弁が正常であると判断されてしまうという誤検出が発生する。   In the configuration of Patent Document 2, even if a pressure sensor is provided on the downstream side of the shut-off valve, if the upstream integrated shut-off valve is closed when the system is stopped, the shut-off valve actually opens and fails. In spite of this, since the pressure detected by the pressure sensor decreases, a false detection that the shut-off valve is determined to be normal occurs.

この発明は、上記した課題を考慮してなされたものであって、遮断弁が開故障しても、燃料電池の劣化を抑制することを可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress deterioration of the fuel cell even if the shut-off valve fails to open. .

また、この発明は、遮断弁の上流側に、燃料ガス供給手段に一体型遮断弁が設けられた燃料電池システムにおいても、遮断弁の開故障を確実に検出することを可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention also provides a fuel cell system in which an open failure of the shut-off valve can be reliably detected even in a fuel cell system in which an integral shut-off valve is provided in the fuel gas supply means upstream of the shut-off valve. The purpose is to provide.

この項では、理解の容易化のために添付図面中の一例の符号の一部を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。   In this section, for ease of understanding, a part of an example code in the attached drawings will be described. Therefore, the contents described in this section should not be construed as being limited to those having the reference numerals.

この発明に係る燃料電池システム(10)は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段(42)と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段(36)と、前記燃料ガス供給手段から燃料ガス供給流路(28)を通じてアノード電極に供給される前記燃料ガスと前記酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガス供給流路(34)を通じてカソード電極に供給される前記酸化剤ガスとにより発電する燃料電池(14)と、を備える燃料電池システムにおいて、以下の[1]〜[3]の特徴を有する。
[1]前記燃料ガス供給流路(28)に、前記燃料ガス供給手段(42)から前記燃料電池(14)の入口までの間に順に設けられる第2遮断弁(43)と、第2圧力調整手段(46)と、第2圧力検出手段(48)と、第1遮断弁(50)と、基準信号に応じて前記燃料電池(14)の入口圧を調整する第1圧力調整手段(52)、第1圧力検出手段(54)と
前記第2遮断弁(43)及び前記第1遮断弁(50)に閉弁指令が供給されているとき、前記第1圧力検出手段(54)により検出される圧力の変化と、前記第2圧力検出手段(48)により検出される圧力の変化とに基づいて前記第1遮断弁(50)の開故障を検出する開故障検出手段(70)と、
前記燃料電池システムの停止時に、前記開故障検出手段(70)により前記第1遮断弁(50)の開故障を検出したとき、前記基準信号を調整し前記第1圧力調整手段(52)を代替遮断弁として動作させる代替遮断制御手段(70)と、
を備えることを特徴とする。
[2]上記特徴[1]を有する発明において、前記第1圧力調整手段は、前記酸化剤ガス供給流路に接続される信号圧供給流路(67)を介して供給される酸化剤ガス圧力を信号圧として、前記入口圧を調整し、かつ前記信号圧供給流路が大気に開放されたとき、前記燃料ガス供給流路を遮断する構成とされており、
前記代替遮断制御手段は、前記第1遮断弁の開故障を検出したとき、前記信号圧供給流路を前記大気に開放することを特徴とする。
[3]上記特徴[2]を有する発明において、さらに、前記信号圧供給流路(67)にガスインジェクタが設けられ、前記代替遮断制御手段は、前記ガスインジェクタからの前記酸化剤ガスの噴出量を制御することで前記信号圧を調整するとともに、前記第1遮断弁の開故障を検出したとき、前記ガスインジェクタに全開信号供給し、前記信号圧供給流路を前記ガスインジェクタを介して前記大気に開放することを特徴とする。
The fuel cell system (10) according to the present invention comprises a fuel gas supply means (42) for supplying a fuel gas, an oxidant gas supply means (36) for supplying an oxidant gas, and a fuel gas from the fuel gas supply means. A fuel cell that generates electric power using the fuel gas supplied to the anode electrode through the supply channel (28) and the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means to the cathode electrode through the oxidant gas supply channel (34). A fuel cell system comprising (14) has the following features [1] to [3] .
[1] A second shut-off valve (43) provided in order between the fuel gas supply means (42) and the inlet of the fuel cell (14) in the fuel gas supply channel (28) , and second pressure adjusting means (46), and the second pressure detecting means (48), a first shut-off valve (50), the first pressure adjustment for adjusting the inlet pressure of the fuel cell (14) in accordance with the criteria signal Means (52) , first pressure detection means (54) ,
Changes in pressure detected by the first pressure detecting means (54) when the valve closing command is supplied to the second cutoff valve (43) and the first cutoff valve (50), and the second pressure An open failure detection means (70) for detecting an open failure of the first shutoff valve (50) based on a change in pressure detected by the detection means (48) ;
When the fuel cell system is stopped and the open failure detection means (70) detects an open failure of the first shutoff valve (50) , the reference signal is adjusted to replace the first pressure adjustment means (52) . Alternative shut-off control means (70) operating as a shut-off valve;
It is characterized by providing.
[2] In the invention having the above-mentioned feature [1] , the first pressure adjusting means is an oxidant gas pressure supplied via a signal pressure supply channel (67) connected to the oxidant gas supply channel. as signal pressure, the inlet pressure was adjusted and when the signal pressure supply passage is opened to the atmosphere, which is configured to shut off the fuel gas supply passage,
The alternative shutoff control means opens the signal pressure supply channel to the atmosphere when detecting an open failure of the first shutoff valve.
[3] In the invention having the above feature [2] , a gas injector is further provided in the signal pressure supply flow path (67), and the alternative shutoff control unit is configured to eject the oxidant gas from the gas injector. while adjusting the signal pressure by controlling a time of detecting the open failure of the first shut-off valve to supply the full open signal to the gas injector, the signal pressure supply passage through the pre SL gas injector It is characterized by opening to the atmosphere.

この発明によれば、燃料ガス供給流路中に、燃料ガス供給手段から燃料電池の入口までの間に、第2遮断弁と、第2圧力調整手段と、第2圧力検出手段と、第1遮断弁と、基準信号に応じて前記燃料電池の入口圧を調整する第1圧力調整手段と、第1圧力検出手段と、が順に設けられた燃料電池システムにおいて、前記第2遮断弁及び前記第1遮断弁に閉弁指令が供給されているとき、前記第1圧力検出手段により検出される圧力の変化と、前記第2圧力検出手段により検出される圧力の変化とに基づいて前記第1遮断弁の開故障が検出されたとき、第1圧力調整手段を代替遮断弁として動作させるようにしているので、アノード電極経路の燃料ガス圧力を低下させることができ燃料電池の劣化を抑制することができるとともに、第1遮断弁の開故障の誤検出を解消して、前記第1遮断弁の開故障を確実に検出することができるAccording to this invention , the second shutoff valve, the second pressure adjusting means, the second pressure detecting means, the first pressure detecting means, and the first pressure detecting means are provided between the fuel gas supply means and the fuel cell inlet in the fuel gas supply flow path. In the fuel cell system, comprising: a shut-off valve ; a first pressure adjusting means for adjusting the inlet pressure of the fuel cell according to a reference signal; and a first pressure detecting means . When a valve closing command is supplied to one shut-off valve, the first shut-off is based on a change in pressure detected by the first pressure detecting means and a change in pressure detected by the second pressure detecting means. When the valve open failure is detected , the first pressure adjusting means is operated as an alternative shut-off valve, so that the fuel gas pressure in the anode electrode path can be lowered and the deterioration of the fuel cell can be suppressed. it is possible, first shut-off valve To eliminate erroneous detection of an open fault, it is possible to reliably detect the opening failure of the first shut-off valve.

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム10の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 10 to which an embodiment of the present invention is applied.

この燃料電池システム10は、基本的には、燃料電池14と、この燃料電池14に燃料ガス{この実施形態では水素(H2)ガス}を供給する燃料ガス供給手段としての高圧の水素タンク42と、前記燃料電池14に酸化剤ガスを含む空気を供給する酸化剤ガス供給手段としてのエアコンプレッサ36と、燃料電池14の出力を補助するとともに、この燃料電池14の発電電力により充電されるバッテリ16と、走行用の駆動モータ等を含む負荷18とから構成される。ここでバッテリ16は、キャパシタに代替することも可能である。 The fuel cell system 10 basically includes a fuel cell 14 and a high-pressure hydrogen tank 42 as fuel gas supply means for supplying fuel gas {hydrogen (H 2 ) gas in this embodiment} to the fuel cell 14. And an air compressor 36 serving as an oxidant gas supply means for supplying air containing an oxidant gas to the fuel cell 14, and a battery that assists the output of the fuel cell 14 and is charged by the generated power of the fuel cell 14. 16 and a load 18 including a driving motor for traveling and the like. Here, the battery 16 can be replaced with a capacitor.

燃料電池14は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで保持して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造になっている。   The fuel cell 14 has a stack structure in which a plurality of fuel cell cells configured by holding a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode are stacked and integrated.

燃料電池14には、水素ガスを供給するための水素供給口20と、燃料電池14から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出口22と、燃料電池14に、空気を供給するための空気供給口24と、未使用の酸素を含む空気を燃料電池14から排出するための空気排出口26とが設けられている。   The fuel cell 14 includes a hydrogen supply port 20 for supplying hydrogen gas, a hydrogen discharge port 22 for discharging exhaust gas containing unused hydrogen gas discharged from the fuel cell 14, and a fuel cell 14. An air supply port 24 for supplying air and an air discharge port 26 for discharging air containing unused oxygen from the fuel cell 14 are provided.

水素供給口20には、燃料ガス供給流路としての水素供給流路28が連通される。   A hydrogen supply channel 28 as a fuel gas supply channel is communicated with the hydrogen supply port 20.

水素タンク42と一体的にインタンク電磁弁の一体型遮断弁43が設けられている。この水素タンク42を、一体型遮断弁付き水素タンク42ともいう。   An integral shut-off valve 43 that is an in-tank solenoid valve is provided integrally with the hydrogen tank 42. This hydrogen tank 42 is also referred to as an integrated shutoff valve-equipped hydrogen tank 42.

水素タンク42と燃料電池14の水素供給口20のとの間の水素供給流路28には、水素ガス供給の上流側(水素タンク42側)から下流側(燃料電池14側)に向かって、高圧Phを検出する圧力センサ44と、出口圧固定のレギュレータ(第2圧力調整手段)46と、中圧P2を検出する圧力センサ(第2圧力検出手段)48と、水素ガスの供給を遮断する遮断弁50と、出口圧(燃料出口14の入口圧)が可変のレギュレータ(第1圧力調整手段、代替遮断弁)52と、燃料電池14の入口圧P1を検出する圧力センサ(第1圧力検出手段)54とが設けられる。   In the hydrogen supply passage 28 between the hydrogen tank 42 and the hydrogen supply port 20 of the fuel cell 14, from the upstream side (hydrogen tank 42 side) to the downstream side (fuel cell 14 side) of hydrogen gas supply, Pressure sensor 44 for detecting high pressure Ph, outlet pressure fixed regulator (second pressure adjusting means) 46, pressure sensor (second pressure detecting means) 48 for detecting intermediate pressure P2, and supply of hydrogen gas are shut off. A shutoff valve 50, a regulator (first pressure adjusting means, alternative shutoff valve) 52 having a variable outlet pressure (inlet pressure at the fuel outlet 14), and a pressure sensor (first pressure detection) for detecting the inlet pressure P1 of the fuel cell 14. Means) 54.

水素タンク42から水素供給流路28を介し、水素供給口20を通じて燃料電池14に水素ガスが供給され、燃料電池14で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスが水素排出口22から水素排出流路56に供給される。   Hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 42 to the fuel cell 14 through the hydrogen supply port 28 through the hydrogen supply channel 28, and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell 14 is supplied from the hydrogen discharge port 22 to the hydrogen gas. It is supplied to the discharge channel 56.

水素排出流路56には、燃料電池14のアノード電極経路に溜まった水やカソード電極から電解質膜を透過してアノード電極経路に混入した窒素ガスを含む燃料ガスを水素パージ流路58、希釈ボックス60及び排出流路62を介して外部(外気・大気)に排出して発電安定性を確保するために通常発電運転時等に適宜開放される比較的大流量の水素パージ弁30が設けられる他、図示しないキャッチタンクに溜まった水等を水素ガスを含む排出ガスとともに、排出流路64、希釈ボックス60及び排出流路62を介して大気に排出するための比較的小流量のドレイン弁32が設けられている。   In the hydrogen discharge channel 56, a hydrogen purge channel 58, a dilution box contains water accumulated in the anode electrode path of the fuel cell 14 and fuel gas containing nitrogen gas that has permeated the electrolyte membrane from the cathode electrode and mixed into the anode electrode path. In addition to a hydrogen purge valve 30 having a relatively large flow rate that is appropriately opened during normal power generation operation, etc., in order to discharge to the outside (outside air / atmosphere) through the exhaust passage 60 and the discharge passage 62 to ensure power generation stability. A drain valve 32 having a relatively small flow rate for discharging water or the like accumulated in a catch tank (not shown) together with an exhaust gas containing hydrogen gas to the atmosphere through the exhaust passage 64, the dilution box 60, and the exhaust passage 62. Is provided.

一方、空気供給口24には、空気供給流路(酸化剤ガス供給流路)34が連通され、この空気供給流路34には、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ用モータと一体となったエアコンプレッサ36が設けられるとともに、エアコンプレッサ36から吐出された圧縮空気(酸化剤ガス圧力)を信号圧(基準信号)としてレギュレータ52の信号圧入力端に供給する信号圧供給流路67が設けられている。   On the other hand, an air supply channel (oxidant gas supply channel) 34 communicates with the air supply port 24, and an air compressor motor that compresses and supplies air from the atmosphere is supplied to the air supply channel 34. An integrated air compressor 36 is provided, and a signal pressure supply passage for supplying compressed air (oxidant gas pressure) discharged from the air compressor 36 as a signal pressure (reference signal) to a signal pressure input end of the regulator 52. 67 is provided.

信号圧供給流路67には、レギュレータ52の出口圧を調整するガスインジェクタとしての空気噴出装置であるエアインジェクタ66が設けられている。   The signal pressure supply channel 67 is provided with an air injector 66 that is an air ejection device as a gas injector that adjusts the outlet pressure of the regulator 52.

エアインジェクタ66には、図示しない信号圧開放弁を通じて信号圧開放流路68が設けられている。前記信号圧開放弁をオンオフ制御することで、信号圧供給流路67から信号圧入力端に供給される信号圧を変化させてレギュレータ52の弁の開度を調整する。エアインジェクタ66の前記信号圧開放弁が開放されると、信号圧開放流路68を通じて信号圧が大気に抜かれてレギュレータ52に信号圧がかからないようになる。換言すれば、レギュレータ52に供給される信号圧が大気圧になる。   The air injector 66 is provided with a signal pressure release flow path 68 through a signal pressure release valve (not shown). By turning on and off the signal pressure release valve, the signal pressure supplied from the signal pressure supply channel 67 to the signal pressure input end is changed to adjust the opening of the valve of the regulator 52. When the signal pressure release valve of the air injector 66 is opened, the signal pressure is released to the atmosphere through the signal pressure release flow path 68 so that no signal pressure is applied to the regulator 52. In other words, the signal pressure supplied to the regulator 52 becomes atmospheric pressure.

レギュレータ52は、バネ圧力によりノーマルクローズとなる弁を有しているので、信号圧供給流路67から供給される信号圧がエアインジェクタ66の信号圧開放流路68を通じて大気に抜かれると、レギュレータ52のノーマルクローズとなる弁が閉弁し水素供給流路28を遮断する構成となっている。   Since the regulator 52 has a valve that is normally closed by the spring pressure, when the signal pressure supplied from the signal pressure supply channel 67 is released to the atmosphere through the signal pressure release channel 68 of the air injector 66, the regulator 52 The normally closed valve 52 is closed to shut off the hydrogen supply passage 28.

空気排出口26は、空気排出流路40、希釈ボックス60及び排出流路62を通じて大気に連通している。   The air discharge port 26 communicates with the atmosphere through the air discharge channel 40, the dilution box 60, and the discharge channel 62.

なお、希釈ボックス60は、水素パージ流路58及び排出流路64を通じて供給される燃料ガス(排ガス)を空気排出流路40から供給される酸化剤ガスにより希釈し、排出流路62を通じて外部に排出する機能を有する。   The dilution box 60 dilutes the fuel gas (exhaust gas) supplied through the hydrogen purge flow path 58 and the discharge flow path 64 with the oxidant gas supplied from the air discharge flow path 40, and externally passes through the discharge flow path 62. Has the function of discharging.

さらに、燃料電池システム10には、制御装置70が設けられ、この制御装置70には、燃料電池システム10を起動させ、また停止させるイグニッションスイッチ(起動・停止信号供給手段)76が接続されている。   Further, the fuel cell system 10 is provided with a control device 70, and an ignition switch (start / stop signal supply means) 76 for starting and stopping the fuel cell system 10 is connected to the control device 70. .

制御装置70は、一体型遮断弁43、遮断弁50、水素パージ弁30、ドレイン弁32の開弁・閉弁制御(指令)、エアコンプレッサ36の吐出空気量の制御(指令)、燃料電池14から出力される発電電力の負荷18及びバッテリ16への配分制御(指令)、エアインジェクタ66を通じてのレギュレータ52の弁開度の制御(指令)等を含め、燃料電池システム10の全ての動作を制御する。   The control device 70 includes an integrated shut-off valve 43, a shut-off valve 50, a hydrogen purge valve 30, a valve opening / closing control (command) of the drain valve 32, a control (command) of the discharge air amount of the air compressor 36, and the fuel cell 14. Control of all operations of the fuel cell system 10 including distribution control (command) of the generated power output from the battery 18 to the battery 16 and control (command) of the valve opening of the regulator 52 through the air injector 66 To do.

この実施形態において、制御装置70は、コンピュータ(ECU)により構成され、圧力センサ44、48、54からの圧力Ph、P2、P1、燃料電池14からのセル電圧Vfc、イグニッションスイッチ76のオンオフ操作等の各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで、上記した各種弁、エアインジェクタ66、エアコンプレッサ36、及び負荷18を制御して各種の機能を実現する機能手段としても動作する。この実施形態において、制御装置70は、遮断弁50の開故障を検出する開故障検出手段、遮断弁50の開故障を検出したときに、レギュレータ52を代替遮断手段として機能させる代替遮断制御手段の他、計時手段(カウンタ・タイマ)等として機能する。   In this embodiment, the control device 70 is configured by a computer (ECU), pressures Ph, P2, P1 from the pressure sensors 44, 48, 54, a cell voltage Vfc from the fuel cell 14, an on / off operation of the ignition switch 76, and the like. By executing the program stored in the memory based on the various inputs, the above-described various valves, the air injector 66, the air compressor 36, and the load 18 are controlled to operate as functional means for realizing various functions. . In this embodiment, the control device 70 is an open failure detection unit that detects an open failure of the cutoff valve 50, and an alternative cutoff control unit that causes the regulator 52 to function as an alternative cutoff unit when an open failure of the cutoff valve 50 is detected. In addition, it functions as a time measuring means (counter / timer).

なお、図1において、太い実線は電力線を示し、点線は信号線を示す。また、二重線は、配管を示している。   In FIG. 1, a thick solid line indicates a power line, and a dotted line indicates a signal line. Moreover, the double line has shown piping.

基本的には、以上のように構成される燃料電池システム10について、以下、主に、イグニッションスイッチ76のオフ操作後の一体型遮断弁43の故障検出処理、遮断弁50の故障検出処理及び遮断弁50が開故障していた場合の代替遮断制御について、A.一体型遮断弁・遮断弁故障検出処理、B.代替遮断制御処理の順に動作を説明する。   Basically, regarding the fuel cell system 10 configured as described above, the failure detection processing of the integrated shut-off valve 43 after the ignition switch 76 is turned off, the failure detection processing and shut-off of the shut-off valve 50 will be mainly described below. Regarding alternative shutoff control when the valve 50 has an open failure, A. Integrated shut-off valve / shut-off valve failure detection process; The operation will be described in the order of the alternative cutoff control process.

A.一体型遮断弁・遮断弁故障検出処理について、図2、図3のフローチャート及び図4のタイムチャートを参照して説明する。   A. The integrated shutoff valve / shutoff valve failure detection process will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2 and 3 and the time chart of FIG.

ステップS1において、制御装置70が、燃料電池システム10のイグニッションスイッチ76のオン操作を検出したとき、ステップS2において、通常発電運転が行われる。   In step S1, when the control device 70 detects the ON operation of the ignition switch 76 of the fuel cell system 10, a normal power generation operation is performed in step S2.

燃料電池システム10の通常発電運転時には、一体型遮断弁43、遮断弁50を開くとともに、エアコンプレッサ36及びエアインジェクタ66を負荷18の大きさに応じて駆動することで、所定量の水素ガスと酸化剤ガスとが水素供給口20及び空気供給口24を通じて燃料電池14に供給され、アノード電極に供給される水素とカソード電極に供給される酸化剤ガスの酸素とが反応して発電が行われる。   During normal power generation operation of the fuel cell system 10, the integrated shut-off valve 43 and shut-off valve 50 are opened, and the air compressor 36 and the air injector 66 are driven according to the size of the load 18. Oxidant gas is supplied to the fuel cell 14 through the hydrogen supply port 20 and the air supply port 24, and hydrogen supplied to the anode electrode and oxygen of the oxidant gas supplied to the cathode electrode react to generate power. .

この発電の過程について説明すると、アノード電極において水素ガスが水素イオン化され水素イオンと電子が発生する。水素イオンは電解質膜内を水分を伴ってカソード電極側に到達する。発生した電子は、アノード電極から発電電流Ifcとして出力され、外部負荷(負荷18、バッテリ16、及びエアコンプレッサ36)を通じカソード電極に到達する。そして、電解質膜のカソード電極側で、酸素が水素イオン及び電子と結合して水になる。   The power generation process will be described. Hydrogen gas is ionized at the anode electrode to generate hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions reach the cathode electrode side with moisture in the electrolyte membrane. The generated electrons are output from the anode electrode as a generated current Ifc and reach the cathode electrode through external loads (load 18, battery 16, and air compressor 36). Then, on the cathode electrode side of the electrolyte membrane, oxygen combines with hydrogen ions and electrons to become water.

ステップS2の通常発電中に、ステップS3において、イグニッションスイッチ76のオフ操作を検出したとき(図4中、時点t0)、負荷18が無負荷とされ、ステップS4において、燃料電池14の次回の起動のため等に、燃料電池14の発電電流Ifcによりバッテリ16が充電される。   During normal power generation in step S2, when the off operation of the ignition switch 76 is detected in step S3 (time t0 in FIG. 4), the load 18 is unloaded, and in step S4, the next activation of the fuel cell 14 is performed. For this reason, the battery 16 is charged by the generated current Ifc of the fuel cell 14.

このバッテリ充電が完了した時(時点t1)、ステップS6において、一体型遮断弁43に開弁指令を供給する。   When the battery charging is completed (time t1), a valve opening command is supplied to the integrated shut-off valve 43 in step S6.

次いで、ステップS6において、一体型遮断弁43の故障検出処理が行われる。   Next, in step S6, failure detection processing for the integrated shut-off valve 43 is performed.

この故障検出処理では、一体型遮断弁43の出口側の圧力センサ44により検出される高圧Phの時間的変化を監視する。一体型遮断弁43が正常に閉弁していると、図4に示すように、時点t1以降で圧力センサ44により検出される高圧Phが徐々に低下する。   In this failure detection process, the temporal change of the high pressure Ph detected by the pressure sensor 44 on the outlet side of the integrated shut-off valve 43 is monitored. When the integrated shut-off valve 43 is normally closed, as shown in FIG. 4, the high pressure Ph detected by the pressure sensor 44 after the time t1 gradually decreases.

高圧Phが所定値低下した時点t2で、一体型遮断弁43が正常に閉弁したと判定し、ステップS7において、遮断弁50に閉弁指令を供給する。   At time t2 when the high pressure Ph decreases by a predetermined value, it is determined that the integrated shut-off valve 43 has closed normally, and a valve closing command is supplied to the shut-off valve 50 in step S7.

次いで、図3のフローチャートに詳細を示すステップS8の遮断弁故障検出処理を実行する。   Next, a shutoff valve failure detection process in step S8, which is shown in detail in the flowchart of FIG. 3, is executed.

ステップS8aにおいて、時点t2で、圧力センサP1、P2により入口圧P1と中圧P2を検出し、それそれ、初期入口圧P1a、初期中圧P2aとしてメモリに記憶する。   In step S8a, at time t2, the pressure sensors P1 and P2 detect the inlet pressure P1 and the intermediate pressure P2, and store them in the memory as the initial inlet pressure P1a and the initial intermediate pressure P2a, respectively.

次いで、ステップS8bにおいて、所定時間T1(時点t2〜t3)の経過を待つ。この所定時間T1の経過中、燃料電池14の水素供給口20側に設けられている圧力センサ54により検出される入口圧P1の変化を監視するとともに、遮断弁50の上流側に設けられている圧力センサ48により検出される中圧P2の変化を監視する。   Next, in step S8b, the passage of a predetermined time T1 (time t2 to t3) is awaited. During the elapse of the predetermined time T1, the change in the inlet pressure P1 detected by the pressure sensor 54 provided on the hydrogen supply port 20 side of the fuel cell 14 is monitored and provided on the upstream side of the shutoff valve 50. The change of the intermediate pressure P2 detected by the pressure sensor 48 is monitored.

時点t2で遮断弁50が正常に閉弁していると、図4に示すように、時点t2以降でも中圧P2は変化せず、入口圧P1は徐々に低下する。   If the shutoff valve 50 is normally closed at time t2, as shown in FIG. 4, the intermediate pressure P2 does not change even after time t2, and the inlet pressure P1 gradually decreases.

所定時間T1の経過時点t3からステップS8cでの遮断弁50の開故障検出計算(後述)を開始し、ステップS8dにおいて希釈掃気完了と判断する所定時間T2の経過時点t4まで、開故障検出計算を連続的に実行する。   The open failure detection calculation (described later) of the shutoff valve 50 in step S8c is started from the elapsed time t3 of the predetermined time T1, and the open failure detection calculation is performed until the elapsed time t4 of the predetermined time T2 in which it is determined in step S8d that the dilution scavenging is completed. Run continuously.

エアコンプレッサ36は、イグニッションスイッチ76がオフ操作された時点t0〜t4の間で、燃料電池14内のカソード電極経路の液滴を吹き飛ばす等のために、酸化剤ガスの供給が増量されるように駆動される。この場合、時点t0から時点t2〜t3の間の時点まで、この増量した酸化剤ガスにより燃料電池14内のカソード電極経路に貯留する水分等を、空気排出口26、空気排出流路40、希釈ボックス60、及び排出流路62を通じて排出するカソード電極側掃気処理が行われる。そして、さらに、時点t2と時点t3の間の時点から時点t4までの間に、ドレイン弁32及び水素パージ弁30が適宜開弁され、燃料電池14内のアノード電極経路に残っている水素ガスが、希釈ボックス60内で酸化剤ガスにより希釈されて排出流路62を通じて大気に排出され、時点t3で入口圧P1が所定圧力(閾値)P1thまで低下するとアノード圧力低下処理が完了とされ、その後、所定時間T2の経過後の時点t4で希釈掃気処理が完了と判断される。この希釈掃気処理の完了は、この実施形態のように入口圧P1が所定圧力P1thまで低下してからの所定時間T2の計時、あるいは、希釈ボックス60の排出流路62に設けた水素濃度センサ(不図示)の値により判断することができる。   The air compressor 36 increases the supply of oxidant gas in order to blow off droplets in the cathode electrode path in the fuel cell 14 between the time points t0 and t4 when the ignition switch 76 is turned off. Driven. In this case, from the time point t0 to the time point between the time points t2 and t3, moisture and the like stored in the cathode electrode path in the fuel cell 14 by the increased amount of oxidant gas are used as the air discharge port 26, the air discharge flow path 40, and the dilution. A cathode electrode side scavenging process for discharging through the box 60 and the discharge flow path 62 is performed. Further, the drain valve 32 and the hydrogen purge valve 30 are appropriately opened between the time point between the time point t2 and the time point t3 and the time point t4, and the hydrogen gas remaining in the anode electrode path in the fuel cell 14 is In the dilution box 60, it is diluted with an oxidant gas and discharged to the atmosphere through the discharge flow path 62. When the inlet pressure P1 is reduced to a predetermined pressure (threshold value) P1th at time t3, the anode pressure reduction process is completed. It is determined that the dilution scavenging process is completed at time t4 after the elapse of the predetermined time T2. Completion of the dilution scavenging process is timed for a predetermined time T2 after the inlet pressure P1 is reduced to the predetermined pressure P1th as in this embodiment, or a hydrogen concentration sensor (provided in the discharge flow path 62 of the dilution box 60). It can be determined by the value of (not shown).

時点t4で、エアコンプレッサ36の駆動が停止され、空気供給流路34は、燃料電池14内の酸化剤ガス経路、空気排出流路40、希釈ボックス60、及び排出流路62を通じて、外部(大気)に開放される。   At time t4, the driving of the air compressor 36 is stopped, and the air supply flow path 34 passes through the oxidant gas path, the air discharge flow path 40, the dilution box 60, and the discharge flow path 62 in the fuel cell 14 to the outside (atmosphere). ).

そのため、時点t4において、信号圧供給流路67の信号圧がなくなり(大気圧になり)、ノーマルクローズ弁を有するレギュレータ52も閉弁する。この時点t4以降、レギュレータ52とドレイン弁32、水素パージ弁30が閉弁していることにより燃料電池14のアノード電極経路は、外部と連通しない閉経路となる。   Therefore, at time t4, the signal pressure in the signal pressure supply channel 67 disappears (becomes atmospheric pressure), and the regulator 52 having the normal close valve is also closed. After this time t4, the regulator 52, the drain valve 32, and the hydrogen purge valve 30 are closed, so that the anode electrode path of the fuel cell 14 is a closed path that does not communicate with the outside.

時点t4以降、さらに、負荷18が無負荷状態(開放)から有負荷状態(ディスチャージ抵抗器が接続された状態)となり、燃料電池14内に残存する水素ガスと酸化剤ガスとが反応して発電消費されることで入口圧P1がさらに徐々に低下する。   After time t4, the load 18 is changed from a no-load state (open) to a loaded state (a state where a discharge resistor is connected), and the hydrogen gas remaining in the fuel cell 14 reacts with the oxidant gas to generate power. When consumed, the inlet pressure P1 further gradually decreases.

ここで、所定時間T1の経過時点t3からステップS8cでの遮断弁50の開故障検出計算を開始し、ステップS8dにおいて希釈掃気完了と判断する所定時間T2の経過時点t4までの前記開故障検出計算について説明する。   Here, the open-failure detection calculation of the shut-off valve 50 in step S8c is started from the elapsed time t3 of the predetermined time T1, and the open-failure detection calculation until the elapsed time t4 of the predetermined time T2, which is determined to be the completion of dilution scavenging in step S8d. Will be described.

遮断弁50に閉弁指令を供給する時点t2において圧力センサ54により検出される入口圧P1を上述したように初期入口圧P1aとし、時点t3〜t4の間に所定時間毎に連続的に検出される入口圧P1を、現在入口圧P1bとする。   The inlet pressure P1 detected by the pressure sensor 54 at the time t2 at which the valve closing command is supplied to the shut-off valve 50 is set as the initial inlet pressure P1a as described above, and is continuously detected at predetermined time intervals between the times t3 and t4. The inlet pressure P1 is the current inlet pressure P1b.

また、時点t2において圧力センサ48により検出される中圧P2を上述したように初期中圧P2aとし、時点t3〜t4の間に所定時間毎に連続的に検出される中圧P2を、現在中圧P2bとする。   Further, the intermediate pressure P2 detected by the pressure sensor 48 at the time point t2 is set to the initial intermediate pressure P2a as described above, and the intermediate pressure P2 continuously detected every predetermined time between the time points t3 and t4 is The pressure is P2b.

この場合、所定時間T2の経過時点t4で、次の(1)式に示す、初期入口圧P1aと現在入口圧P1bとの差(入口圧力差)P1a−P1bが所定値ΔP1以上であって、かつ(2)式に示す、初期中圧P2aと現在中圧P2bとの差(中圧圧力差)P2a−P2bが所定値ΔP2未満であるときに、ステップS8eで遮断弁50が正常に閉弁したと判断し、所定時間T2を経過する前に、(1)式と(2)式のいずれか1方の式の関係が成立していなかった場合には、ステップS8fで遮断弁50が開故障したと判断し、開故障フラグを立てる。
P1a−P1b≧ΔP1 …(1)
P2a−P2b<ΔP2 …(2)
In this case, at the elapse time t4 of the predetermined time T2, the difference (inlet pressure difference) P1a−P1b between the initial inlet pressure P1a and the current inlet pressure P1b shown in the following equation (1) is equal to or larger than a predetermined value ΔP1. And when the difference (intermediate pressure difference) P2a-P2b between the initial intermediate pressure P2a and the current intermediate pressure P2b shown in the equation (2) is less than the predetermined value ΔP2, the shutoff valve 50 is normally closed in step S8e. If the relationship between the formulas (1) and (2) is not established before the predetermined time T2 elapses, the shutoff valve 50 is opened in step S8f. It is determined that a failure has occurred, and an open failure flag is set.
P1a−P1b ≧ ΔP1 (1)
P2a−P2b <ΔP2 (2)

(1)、(2)式の入口圧P1と中圧P2の両方で遮断弁50の開故障を判断する理由について説明する。   The reason for determining the open failure of the shutoff valve 50 based on both the inlet pressure P1 and the intermediate pressure P2 in the expressions (1) and (2) will be described.

入口圧力差P1a−P1bが所定値ΔP1以上で正常と判断する(1)式のみの条件では、遮断弁50の上流側に設けられている水素タンク42の一体型遮断弁43が閉弁していると、遮断弁50が開故障していても、入口圧力差P1a−P1bが所定値ΔP1以上となるので誤検出となる。この場合、一体型遮断弁43と遮断弁50との間の水素供給流路28の圧力である中圧P2の変化(P2a−P2b)を監視することにより、遮断弁50が閉弁していれば、仮に一体型遮断弁43が開故障していても、中圧圧力差P2a−P2bが変化しないので所定値ΔP2未満であれば、遮断弁50が閉弁していると判断することができる。   Under the condition of only the equation (1) in which the inlet pressure difference P1a-P1b is determined to be normal when the pressure difference P1a-P1b is equal to or greater than the predetermined value ΔP1, the integrated shutoff valve 43 of the hydrogen tank 42 provided upstream of the shutoff valve 50 is closed. If this is the case, even if the shut-off valve 50 is open, the inlet pressure difference P1a-P1b is greater than or equal to the predetermined value ΔP1, resulting in erroneous detection. In this case, by monitoring the change (P2a-P2b) in the intermediate pressure P2, which is the pressure of the hydrogen supply flow path 28 between the integrated shutoff valve 43 and the shutoff valve 50, the shutoff valve 50 is closed. For example, even if the integrated shut-off valve 43 has an open failure, the intermediate pressure difference P2a-P2b does not change, so if it is less than the predetermined value ΔP2, it can be determined that the shut-off valve 50 is closed. .

また、中圧圧力差P2a−P2bが所定値ΔP2未満という条件のみが成立することで遮断弁50が閉弁していると判断すると、一体型遮断弁43と遮断弁50の両方が開故障しているときに、遮断弁50の上流側に設けられている出口圧固定のレギュレータ46の動作により中圧P2が低下しないので、同様に誤検出となる。   Further, if it is determined that the shutoff valve 50 is closed only when the condition that the intermediate pressure difference P2a-P2b is less than the predetermined value ΔP2 is established, both the integrated shutoff valve 43 and the shutoff valve 50 are opened. Since the intermediate pressure P2 does not decrease due to the operation of the outlet pressure fixed regulator 46 provided on the upstream side of the shutoff valve 50, erroneous detection is similarly performed.

B.次に、ステップS8で遮断弁50が開故障していると検出された場合のステップS9の代替遮断制御処理について、遮断弁50が正常に閉弁している場合の処理も含めて、図5のフローチャート及び図6のタイムチャートを参照して説明する。   B. Next, with regard to the alternative shutoff control processing in step S9 when it is detected in step S8 that the shutoff valve 50 is open, including the processing in the case where the shutoff valve 50 is normally closed, FIG. This will be described with reference to the flowchart of FIG.

図6のタイムチャートにおいて、図4のタイムチャートの内容に対応する時点については、同一の時点を記載している。   In the time chart of FIG. 6, the same time is described as the time corresponding to the contents of the time chart of FIG. 4.

図6のタイムチャートの時点t0〜t2の間は、図4のタイムチャートの時点t0〜t2の間の処理を省略して描いている。図6のイグニッションスイッチ76がオフ操作されたことを検出した時点t0で、エアコンプレッサ36の出力流量の増量駆動が行われて、燃料電池14の空気供給口24の空気入口流量・圧力が、カソード電極経路の掃気処理のため等に増加されたこと分かる。 The process between the time points t0 and t2 of the time chart of FIG. 4 is omitted between the time points t0 and t2 of the time chart of FIG. At time t0 when it is detected that the ignition switch 76 of FIG. 6 is turned off, the output flow rate of the air compressor 36 is increased, and the air inlet flow rate / pressure of the air supply port 24 of the fuel cell 14 becomes the cathode. it can be seen that is an increase for scavenging the electrode path.

図6の時点t2において、一体型遮断弁43の故障検出が完了し、遮断弁50に閉弁指令が供給される。   At time t <b> 2 in FIG. 6, the failure detection of the integrated shutoff valve 43 is completed, and the shutoff valve 50 is supplied with a close command.

この時点t2以降、ステップS9aに示す、入口圧P1が所定圧P1th以下の値となって(前記図4中の時点t3)、かつ希釈掃気処理が完了(図4中の時点t4)したかどうかが判断される。   After this time t2, whether or not the inlet pressure P1 becomes a value equal to or lower than the predetermined pressure P1th (time t3 in FIG. 4) and the dilution scavenging process is completed (time t4 in FIG. 4) shown in step S9a. Is judged.

ステップS9aの判断が否定的であるとき、ステップS9bで上述したステップS8の遮断弁故障検知処理の結果、遮断弁50の開故障フラグが立っているかどうかを確認し、開故障フラグが立っていた場合には、ステップS9cでのエアインジェクタ66に全開指令が供給される(図6中、時点t2a)。   When the determination in step S9a is negative, as a result of the shutoff valve failure detection process in step S8 described above in step S9b, it is confirmed whether the open failure flag of the shutoff valve 50 is set and the open failure flag is set. In this case, a fully open command is supplied to the air injector 66 in step S9c (time t2a in FIG. 6).

時点t2aで、エアインジェクタ66に全開指令が供給されると内部の信号圧開放弁が開放され、信号圧開放流路68を通じて信号圧供給流路67から信号圧が大気に抜かれ、レギュレータ52に信号圧がかからないようになる。その結果、レギュレータ52は、バネ圧力により内部の弁がノーマルクローズとなってレギュレータ52が閉弁し、開故障している遮断弁50に対してレギュレータ52の閉弁が代替され水素供給流路28が遮断される。   When a fully open command is supplied to the air injector 66 at time t2a, the internal signal pressure release valve is opened, and the signal pressure is released from the signal pressure supply passage 67 to the atmosphere through the signal pressure release passage 68, and the signal is sent to the regulator 52. No pressure is applied. As a result, in the regulator 52, the internal valve is normally closed by the spring pressure, the regulator 52 is closed, and the closing of the shut-off valve 50 that has failed to open is replaced with the hydrogen supply flow path 28. Is cut off.

次いで、ステップS9aに戻り、レギュレータ52が閉弁されるとドレイン弁32が開弁されることや(時点t2a〜t2b)、残存する燃料電池14内の水素ガスと酸化剤ガスによる反応による発電の継続(この発電エネルギは、エアコンプレッサ36を作動させるのに利用される。)、並びに水素パージ弁30の開弁(時点t2b〜t3´)により入口圧P1が低下する。   Next, returning to step S9a, when the regulator 52 is closed, the drain valve 32 is opened (time t2a to t2b), and the power generation by the reaction between the remaining hydrogen gas and oxidant gas in the fuel cell 14 is performed. The inlet pressure P1 decreases due to the continuation (this generated energy is used to operate the air compressor 36) and the hydrogen purge valve 30 is opened (time points t2b to t3 ′).

この時点t2以降、ステップS9aに示す、入口圧P1が所定圧P1th以下の値になって(図6中の時点t3´)、かつ希釈掃気処理が完了(図6中の時点t4´)したかどうかが判断され、入口圧P1の低下処理及び希釈掃気が完了すると、ステップS9dにおいて、エアコンプレッサ36が停止されることで、エアインジェクタ66の作動が停止し、信号圧開放弁がバネ力によりノーマルクローズ状態となる。すなわち、エアコンプレッサ36が停止されることで、信号圧供給流路67は、空気供給流路34、燃料電池14内のカソード電極経路、空気排出流路40、希釈ボックス60及び排出流路62を通じて大気に連通していることからレギュレータ52の信号圧が大気圧となり閉弁状態が保持される。   After this time t2, whether or not the inlet pressure P1 becomes a value equal to or lower than the predetermined pressure P1th (time t3 ′ in FIG. 6) and the dilution scavenging process is completed (time t4 ′ in FIG. 6) shown in step S9a. When the determination is made and the lowering process of the inlet pressure P1 and the dilution scavenging are completed, the air compressor 36 is stopped in step S9d, the operation of the air injector 66 is stopped, and the signal pressure release valve is normalized by the spring force. Closed state. That is, when the air compressor 36 is stopped, the signal pressure supply channel 67 passes through the air supply channel 34, the cathode electrode channel in the fuel cell 14, the air discharge channel 40, the dilution box 60, and the discharge channel 62. Since it communicates with the atmosphere, the signal pressure of the regulator 52 becomes atmospheric pressure, and the valve closed state is maintained.

次いで、ステップS9eのディスチャージ処理が開始されると、時点t4´以降、さらに、負荷18が無負荷状態(開放)から有負荷状態(ディスチャージ抵抗器が接続された状態)となり、燃料電池14内に残存する水素ガスと酸化剤ガスとが反応して水素ガスが発電消費されることで入口圧P1がさらに徐々に低下する。   Next, when the discharge process of step S9e is started, after the time t4 ′, the load 18 is changed from the no-load state (opened) to the loaded state (the state where the discharge resistor is connected), and in the fuel cell 14. As the remaining hydrogen gas and the oxidant gas react to generate and consume the hydrogen gas, the inlet pressure P1 further gradually decreases.

このとき、時点t5に示すように、発電電圧Vfcが所定電圧(閾値)Vfcthまで低下するとディスチャージ完了とされて負荷18が開放され発電電流Ifcがゼロ値となり燃料電池システム10がシステム停止される。システム停止後、発電電流Ifcが負荷18に対して引かれなくなるので発電電圧Vfcは、僅かに上昇する。   At this time, as shown at time t5, when the generated voltage Vfc decreases to a predetermined voltage (threshold value) Vfcth, the discharge is completed, the load 18 is released, the generated current Ifc becomes zero, and the fuel cell system 10 is stopped. After the system is stopped, the generated current Ifc is no longer attracted to the load 18, so the generated voltage Vfc slightly increases.

なお、ステップS8eにおいて、遮断弁50が正常であって閉弁している場合には、図4中、時点t4での希釈掃気が完了したとき、ステップS9aの判断が肯定的となり、エアコンプレッサ36が停止され(図6中、時点t4´)、ステップS9eのディスチャージ完了時点t5で燃料電池システム10が停止される。   In step S8e, when the shutoff valve 50 is normal and closed, the determination in step S9a becomes affirmative when the dilution scavenging at time t4 in FIG. Is stopped (time t4 ′ in FIG. 6), and the fuel cell system 10 is stopped at the discharge completion time t5 of step S9e.

上述した実施形態において、代替遮断弁としても機能するレギュレータ52は、基準信号として空気圧を信号圧とする空気圧式のレギュレータを利用しているが、図7に示すように、制御装置70から供給される電気信号により出力圧が調整可能な電気式のレギュレータ52Aを用いてもよい。この電気式のレギュレータ52Aにおいても、電気信号が供給されなくなるとバネ圧力によりノーマルクローズとなる弁を有しているので、遮断弁50の開故障を検出したとき、レギュレータ52Aへの基準信号の値をゼロ値とすることでレギュレータ52Aが閉弁して代替遮断弁として機能し、水素供給流路28を遮断することができる。   In the above-described embodiment, the regulator 52 that also functions as an alternative shutoff valve uses a pneumatic regulator that uses air pressure as a reference signal as a reference signal. However, as shown in FIG. An electric regulator 52A whose output pressure can be adjusted by an electrical signal may be used. This electric regulator 52A also has a valve that is normally closed by the spring pressure when the electric signal is not supplied. Therefore, when an open failure of the shutoff valve 50 is detected, the value of the reference signal to the regulator 52A By setting the value to zero, the regulator 52A closes and functions as an alternative shutoff valve, and the hydrogen supply flow path 28 can be shut off.

以上説明したように上述した実施形態によれば、水素タンク42と、エアコンプレッサ36と、水素タンク42から水素供給流路28を通じてアノード電極に供給される水素ガスとエアコンプレッサ36から空気供給流路34を通じてカソード電極に供給される酸化剤ガスとにより発電する燃料電池14とを備える燃料電池システム10において、水素供給流路28中に、水素の供給を遮断する遮断弁50と、この遮断弁50と水素供給口20との間にレギュレータ52とを設け、遮断弁50が開故障したとき、制御装置70によりレギュレータ52を代替遮断弁として動作させるようにしているので、遮断弁50が開故障しても、燃料電池14のアノード電極経路の圧力を低下させることができ、燃料電池14の劣化を抑制することができる。   As described above, according to the embodiment described above, the hydrogen tank 42, the air compressor 36, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 42 to the anode electrode through the hydrogen supply passage 28, and the air supply passage from the air compressor 36. In the fuel cell system 10 including the fuel cell 14 that generates electric power using the oxidant gas supplied to the cathode electrode through the shut-off valve 50 that shuts off the supply of hydrogen in the hydrogen supply channel 28, and the shut-off valve 50 And the hydrogen supply port 20 is provided with a regulator 52, and when the shut-off valve 50 is opened, the control device 70 causes the regulator 52 to operate as an alternative shut-off valve. However, the pressure of the anode electrode path of the fuel cell 14 can be reduced, and deterioration of the fuel cell 14 can be suppressed. .

この場合、レギュレータ52は、信号圧がゼロのときバネ圧力により弁が閉弁する、いわゆるノーマルクローズとなる弁を有する空気圧式のレギュレータ52を使用することができる。なお、レギュレータとしては、ノーマルクローズとなる弁を有する電気式のレギュレータ52Aを使用することもできる。   In this case, the regulator 52 may be a pneumatic regulator 52 having a so-called normally closed valve in which the valve is closed by a spring pressure when the signal pressure is zero. As the regulator, an electric regulator 52A having a normally closed valve can be used.

レギュレータ52は、酸化剤ガスを大気に噴出するエアインジェクタ66が設けられた信号圧供給流路57からの信号圧により駆動され、遮断弁50の開故障が検出されたときには、レギュレータ52の信号圧を調整するエアインジェクタ66から信号圧を抜くようにしているのでレギュレータ52が閉弁し、水素供給流路28を遮断することができる。   The regulator 52 is driven by a signal pressure from a signal pressure supply passage 57 provided with an air injector 66 for ejecting oxidant gas to the atmosphere. When an open failure of the shutoff valve 50 is detected, the signal pressure of the regulator 52 is detected. Since the signal pressure is extracted from the air injector 66 for adjusting the pressure, the regulator 52 is closed and the hydrogen supply passage 28 can be shut off.

また、水素タンク42に一体型遮断弁43が設けられている場合、一体型遮断弁43と遮断弁50との間の水素供給流路28に出力圧固定のレギュレータ46と、このレギュレータ46の出口圧を中圧P2として検出する圧力センサP2とを設けるとともに、レギュレータ52の出口圧、すなわち燃料電池14の入口圧P1を検出する圧力センサ54を設ける。この場合、制御装置70は、一体型遮断弁43と遮断弁50とに閉弁指令が供給されているときに、入口圧P1の変化と中圧P2の変化とに基づいて、一体型遮断弁43の開故障及び遮断弁50の開故障を独立して確実に検出することができる。   When the integrated shutoff valve 43 is provided in the hydrogen tank 42, a regulator 46 that fixes the output pressure in the hydrogen supply flow path 28 between the integral shutoff valve 43 and the shutoff valve 50, and an outlet of the regulator 46 A pressure sensor P2 that detects the pressure as an intermediate pressure P2 is provided, and a pressure sensor 54 that detects an outlet pressure of the regulator 52, that is, an inlet pressure P1 of the fuel cell 14, is provided. In this case, when the valve closing command is supplied to the integrated shut-off valve 43 and the shut-off valve 50, the control device 70 is based on the change in the inlet pressure P1 and the change in the intermediate pressure P2. The open failure 43 and the open failure of the shutoff valve 50 can be detected independently and reliably.

この実施形態によれば、レギュレータ52を代替遮断弁として動作させることで遮断弁50の開故障に伴う水素圧力残存による燃料電池14の劣化を抑制することができる。また、中圧P2及び入口圧P1の両圧力の変化を監視することにより、遮断弁50の開故障の誤検出を防止することができる。   According to this embodiment, by operating the regulator 52 as an alternative shutoff valve, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell 14 due to the remaining hydrogen pressure accompanying the open failure of the shutoff valve 50. Further, by monitoring changes in both the intermediate pressure P2 and the inlet pressure P1, it is possible to prevent erroneous detection of an open failure of the shutoff valve 50.

この発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 遮断弁故障検出処理の動作説明に供される全体フローチャートである。It is a whole flowchart with which operation | movement description of a shut-off valve failure detection process is provided. 遮断弁故障検出処理の詳細な動作説明に供されるフローチャートである。It is a flowchart with which detailed operation | movement description of a shut-off valve failure detection process is provided. 遮断弁故障検出処理の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of a shut-off valve failure detection process. 代替遮断制御処理の詳細な動作説明に供されるフローチャートである。It is a flowchart with which detailed operation | movement description of an alternative interruption | blocking control process is provided. 代替遮断制御処理の動作説明に供されるタイムチャートである。It is a time chart used for operation | movement description of an alternative interruption | blocking control process. この発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池システム 14…燃料電池
28…水素供給流路 36…エアコンプレッサ
42…水素タンク 43…一体型電磁弁
44、48、54…圧力センサ 46、52、52A…レギュレータ
50…遮断弁 66…エアインジェクタ
70…制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 14 ... Fuel cell 28 ... Hydrogen supply flow path 36 ... Air compressor 42 ... Hydrogen tank 43 ... Integrated electromagnetic valve 44, 48, 54 ... Pressure sensor 46, 52, 52A ... Regulator 50 ... Shut-off valve 66 ... Air injector 70 ... Control device

Claims (3)

燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段から燃料ガス供給流路を通じてアノード電極に供給される前記燃料ガスと前記酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガス供給流路を通じてカソード電極に供給される前記酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス供給流路中に、前記燃料ガス供給手段から前記燃料電池の入口までの間に順に設けられる第2遮断弁と、第2圧力調整手段と、第2圧力検出手段と、第1遮断弁と、基準信号に応じて前記燃料電池の入口圧を調整する第1圧力調整手段と、第1圧力検出手段と
前記第2遮断弁及び前記第1遮断弁に閉弁指令が供給されているとき、前記第1圧力検出手段により検出される圧力の変化と、前記第2圧力検出手段により検出される圧力の変化とに基づいて前記第1遮断弁の開故障を検出する開故障検出手段と、
前記燃料電池システムの停止時に、前記開故障検出手段により前記第1遮断弁の開故障を検出したとき、前記基準信号を調整し前記第1圧力調整手段を代替遮断弁として動作させる代替遮断制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
Fuel gas supply means for supplying fuel gas, oxidant gas supply means for supplying oxidant gas, and the fuel gas and oxidant gas supplied from the fuel gas supply means to the anode electrode through a fuel gas supply flow path In a fuel cell system comprising: a fuel cell that generates electric power with the oxidant gas supplied to the cathode electrode from the supply means through the oxidant gas supply channel;
To the fuel gas supply flow path, provided in this order between the said fuel gas supply means to the inlet of the fuel cell, a second shutoff valve, a second pressure regulating means, second pressure detecting means, first and shut-off valve, a first pressure adjusting means for adjusting the inlet pressure of the fuel cell in accordance with the criteria signal, a first pressure detecting means,
A change in pressure detected by the first pressure detection means and a change in pressure detected by the second pressure detection means when a closing command is supplied to the second cutoff valve and the first cutoff valve An open failure detecting means for detecting an open failure of the first shut-off valve based on
Alternative shut-off control means for adjusting the reference signal and operating the first pressure adjusting means as an alternative shut-off valve when the open fault detecting means detects an open fault of the first shut-off valve when the fuel cell system is stopped. When,
A fuel cell system comprising:
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1圧力調整手段は、前記酸化剤ガス供給流路に接続される信号圧供給流路を介して供給される酸化剤ガス圧力を信号圧として、前記入口圧を調整し、かつ前記信号圧供給流路が大気に開放されたとき、前記燃料ガス供給流路を遮断する構成とされており、
前記代替遮断制御手段は、前記第1遮断弁の開故障を検出したとき、前記信号圧供給流路を前記大気に開放する
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
Said first pressure adjusting means, the oxidant gas pressure supplied through the oxidant signal pressure supply flow path connected to the gas supply channel as a signal pressure, to adjust the inlet pressure, and the signal pressure When the supply channel is opened to the atmosphere, the fuel gas supply channel is configured to be shut off,
The alternative shutoff control means opens the signal pressure supply channel to the atmosphere when detecting an open failure of the first shutoff valve. The fuel cell system.
請求項2記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記信号圧供給流路にガスインジェクタが設けられ、
前記代替遮断制御手段は、前記ガスインジェクタからの前記酸化剤ガスの噴出量を制御することで前記信号圧を調整するとともに、前記第1遮断弁の開故障を検出したとき、前記ガスインジェクタに全開信号供給し、前記信号圧供給流路を前記ガスインジェクタを介して前記大気に開放する
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
Furthermore, a gas injector is provided in the signal pressure supply channel,
The alternative shut-off control means adjusts the signal pressure by controlling the amount of the oxidant gas ejected from the gas injector and, when detecting an open failure of the first shut-off valve, fully opens the gas injector. A fuel cell system characterized in that a signal is supplied and the signal pressure supply channel is opened to the atmosphere via the gas injector.
JP2005342271A 2005-11-28 2005-11-28 Fuel cell system Expired - Fee Related JP4917796B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005342271A JP4917796B2 (en) 2005-11-28 2005-11-28 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005342271A JP4917796B2 (en) 2005-11-28 2005-11-28 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007149496A JP2007149496A (en) 2007-06-14
JP4917796B2 true JP4917796B2 (en) 2012-04-18

Family

ID=38210660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005342271A Expired - Fee Related JP4917796B2 (en) 2005-11-28 2005-11-28 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4917796B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5221908B2 (en) * 2007-08-03 2013-06-26 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and operation method thereof
JP4363475B2 (en) 2007-09-28 2009-11-11 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5082790B2 (en) * 2007-11-16 2012-11-28 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5309558B2 (en) * 2007-12-26 2013-10-09 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5276356B2 (en) * 2008-05-14 2013-08-28 本田技研工業株式会社 Fuel cell vehicle
JP5097016B2 (en) * 2008-06-02 2012-12-12 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and method for determining open / close state of shut-off valve
JP4797092B2 (en) 2009-07-02 2011-10-19 本田技研工業株式会社 Fuel cell vehicle and control method of fuel cell system
JP6317194B2 (en) * 2014-06-30 2018-04-25 アイシン精機株式会社 Combustion device and fuel cell system
EP3024077B1 (en) * 2014-11-18 2017-11-08 Hexis AG Device and method for supplying a fuel cell battery
US11726503B2 (en) * 2020-07-01 2023-08-15 Honeywell International Inc. Two-phase device shutoff for a device with a sensor coupled to an integral shutoff system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0922711A (en) * 1995-07-05 1997-01-21 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell and trouble diagnosing method for it
JP4130319B2 (en) * 2001-07-10 2008-08-06 本田技研工業株式会社 Fuel cell control device
JP3783649B2 (en) * 2002-04-15 2006-06-07 日産自動車株式会社 Vehicle fuel gas supply device
JP3783650B2 (en) * 2002-04-18 2006-06-07 日産自動車株式会社 Gas fuel supply device
JP3864875B2 (en) * 2002-09-02 2007-01-10 日産自動車株式会社 Failure diagnosis system for supply on / off valve
CN100449839C (en) * 2004-03-17 2009-01-07 丰田自动车株式会社 Device and method for detecting gas leakage

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007149496A (en) 2007-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4917796B2 (en) Fuel cell system
JP4028544B2 (en) Fuel cell system and fuel gas path failure detection method in the system
JP4130319B2 (en) Fuel cell control device
JP4806953B2 (en) FUEL CELL SYSTEM, ITS OPERATION METHOD, AND FUEL CELL VEHICLE
US20080044691A1 (en) Fuel cell system with purging and method of operating the same
CN107123821B (en) Method for detecting abnormality of pressure sensor and fuel cell system
JP4603427B2 (en) Fuel cell system
JP2007323954A (en) Fuel cell system, and control method thereof
JP2008077955A (en) Fuel battery system
JP2007280933A (en) Fuel cell system
US8415063B2 (en) Fuel cell system
US9711813B2 (en) Fuel cell system and start up control method for the fuel cell system
JP4202100B2 (en) Function maintenance method of fuel cell system
JP4732407B2 (en) Method for stopping power generation in fuel cell system
EP1703579B1 (en) Fuel cell system and method for operating same
JP2012221637A (en) High pressure gas supply system
JP2009252593A (en) Fuel cell system and method of scavenging the fuel cell system
JP2008181768A (en) Fuel cell system
JP2010118289A (en) Fuel cell system
JP2009076261A (en) Fuel cell system and its starting method
EP2056387B1 (en) Fuel cell system and scavenging method therefor
US11545680B2 (en) Fuel cell system
JP2009117226A (en) Fuel cell system
JP2009123588A (en) Fuel cell system
JP4141796B2 (en) Fuel supply valve status detection device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110524

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120124

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120127

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150203

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4917796

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees