JP5007797B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池スタックへの反応ガス供給を電磁駆動式開閉弁により制御する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that controls supply of a reaction gas to a fuel cell stack by an electromagnetically driven on / off valve.
近年、環境問題に対する取り組みの一環として、低公害車の開発が進められており、その中の一つに燃料電池システムを車載電源とする燃料電池車両がある。燃料電池システムは、電解質膜の一方の面にアノード極を配置し、他方の面にカソード極を配置してなる膜−電極接合体に反応ガスを供給することで電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池システムは、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高出力密度を有することから、車載電力源としての用途が期待されている。 In recent years, low-pollution vehicles have been developed as part of efforts to deal with environmental problems, and one of them is a fuel cell vehicle using a fuel cell system as an on-vehicle power source. A fuel cell system causes an electrochemical reaction by supplying a reaction gas to a membrane-electrode assembly in which an anode electrode is disposed on one surface of an electrolyte membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface, and chemical energy is generated. Is an energy conversion system that converts electricity into electrical energy. In particular, a solid polymer electrolyte fuel cell system using a solid polymer membrane as an electrolyte is easy to downsize at low cost and has a high output density, so that it is expected to be used as an in-vehicle power source. Yes.
特開2005−302563号公報には、燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量及び圧力を高精度に制御するための手段として、応答性に優れたインジェクタを用いる構成が開示されている。
しかし、インジェクタが閉固着故障したときに、通常の噴射制御をしていたのでは、インジェクタが閉弁状態を維持したままになり、運転不能に陥ってしまう。 However, if the normal injection control is performed when the injector is closed and stuck, the injector remains in a valve-closed state, resulting in inoperability.
そこで、本発明は、閉固着故障した電磁駆動式開閉弁を正常な状態に復旧させるための燃料電池システムを提供することを課題とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a fuel cell system for restoring an electromagnetically driven on / off valve that has failed to be closed to a normal state.
上記の課題を解決するため、本発明に係わる燃料電池システムは、燃料電池と、反応ガス供給源から燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する電磁駆動式開閉弁と、電磁駆動式開閉弁の通電を制御する通電制御手段と、を備え、通電制御手段は、電磁駆動式開閉弁を開弁するための突入電流を電磁駆動式開閉弁に通電する期間である突入期間の間継続して電磁駆動式開閉弁に通電するとともに、突入電流の通電により開弁した状態を保持するための保持電流を突入期間に続く期間である保持期間の間継続して電磁駆動式開閉弁に通電し、通電制御手段は、電磁駆動式開閉弁の閉固着故障を検出すると、突入期間に加えて更に保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を通電することにより電磁駆動式開閉弁の開弁を試行する。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, an electromagnetically driven on / off valve that controls supply of a reactive gas supplied from the reactive gas supply source to the fuel cell, and an electromagnetically driven on / off valve. An energization control means for controlling energization of the valve, and the energization control means continues for a rush period, which is a period for energizing the electromagnetic drive on-off valve with an inrush current for opening the electromagnetic drive on-off valve. In addition to energizing the electromagnetically driven on / off valve, the electromagnetically driven on / off valve is continuously energized during the holding period, which is the period following the inrush period, to maintain the open state by energizing the inrush current. The energization control means, when detecting a closed fixing failure of the electromagnetically driven on / off valve, continuously energizes the electromagnetically driven on / off valve continuously during all or part of the holding period in addition to the inrush period. Opening the electromagnetically driven on / off valve The attempt.
突入期間に加えて更に保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を通電することにより、突入電流を通電する期間を増大させることができるので、閉固着故障した電磁駆動式開閉弁が開弁する可能性を一層高めることができる。 In addition to the inrush period, the period for energizing the inrush current can be increased by supplying the inrush current to the electromagnetically driven on / off valve continuously during all or part of the holding period. The possibility of opening the electromagnetically driven on-off valve can be further increased.
尚、閉固着故障とは、弁が全閉のまま保持される故障を示すものであり、全閉故障と同義である。 The closed stuck-at failure indicates a failure in which the valve is kept fully closed, and is synonymous with a fully closed failure.
ここで、突入電流は、デューティ比100%の駆動電圧を電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流であり、保持電流は、PWM制御された駆動電圧を電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流である。保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を流すには、保持期間の全部又は一部の間継続してデューティ比100%の駆動電圧を電磁駆動式開閉弁に通電すればよい。 Here, the inrush current is a current that flows when a drive voltage with a duty ratio of 100% is passed through the electromagnetically driven on / off valve, and the holding current is when the PWM controlled drive voltage is passed through the electromagnetically driven on / off valve. Current flowing through the In order to cause an inrush current to flow through the electromagnetically driven on / off valve continuously during all or part of the holding period, an electromagnetically driven on / off valve is applied with a driving voltage of 100% duty ratio continuously during all or part of the holding period. You just have to energize.
電磁駆動式開閉弁として、例えば、インジェクタが好適である。インジェクタは、応答性に優れているので、燃料電池スタックへの高精度な反応ガス供給制御を実現できる。 For example, an injector is suitable as the electromagnetically driven on-off valve. Since the injector is excellent in responsiveness, highly accurate reaction gas supply control to the fuel cell stack can be realized.
本発明によれば、突入期間に加えて更に保持期間の全部又は一部の間継続して電磁駆動式開閉弁に突入電流を通電することにより、突入電流を通電する期間を増大させることができるので、閉固着故障した電磁駆動式開閉弁が開弁する可能性を一層高めることができる。 According to the present invention, in addition to the inrush period, the period for energizing the inrush current can be increased by energizing the electromagnetically driven on / off valve continuously during all or part of the holding period. Therefore, it is possible to further increase the possibility of opening the electromagnetically driven on / off valve that has failed to close.
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム10のシステム構成を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration of a
燃料電池システム10は、反応ガス(酸化ガス及び燃料ガス)の供給を受けて発電する燃料電池スタック20と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック20に供給する燃料ガス配管系30と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック20に供給する酸化ガス配管系40と、電力の充放電を制御する電力系60と、システム全体を統括制御するコントローラ70と、を備えている。
The
燃料電池スタック20は、例えば、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。セルは、イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にカソード極を有し、他方の面にアノード極を有し、更にカソード極及びアノード極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池スタック20は発電する。
The
燃料ガス配管系30は、燃料ガス供給源31と、燃料ガス供給源31から燃料電池スタック20のアノード極に供給される燃料ガス(水素ガス)が流れる燃料ガス供給流路35と、燃料電池スタック20から排出される燃料オフガス(水素オフガス)を燃料ガス供給流路35に還流せしめるための循環流路36と、循環流路36内の燃料オフガスを燃料ガス供給流路35に圧送する循環ポンプ37と、循環流路36に分岐接続される排気流路39とを有している。
The fuel
燃料ガス供給源31は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、例えば、35MPa又は70MPaの水素ガスを貯留する。遮断弁32を開くと、燃料ガス供給源31から燃料ガス供給流路35に水素ガスが流出する。水素ガスは、レギュレータ33やインジェクタ34により、例えば、200kPa程度まで減圧されて、燃料電池スタック20に供給される。
The fuel
尚、燃料ガス供給源31は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、から構成してもよい。
The fuel
レギュレータ33は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ33として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。
The
インジェクタ34の上流側にレギュレータ33を配置することにより、インジェクタ33の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ34の機械的構造(弁体、筺体、流路、駆動装置等)の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ34の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ34の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ34の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。そのため、インジェクタ34の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ34の応答性の低下を抑制することができる。
By arranging the
インジェクタ34は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることにより、ガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式開閉弁である。インジェクタ34は、燃料ガス供給流路35を開放又は閉鎖するための弁体と、弁体駆動用のソレノイドコイルと、弁体に一体化されてなるアーマチャと、ソレノイドコイルを収容するステータとを有し、ソレノイドコイルへの通電により、アーマチャがステータに吸引されて弁体が所定の開弁位置又は閉弁位置に移動するように構成されている。
The
本実施形態においては、ソレノイドコイルに給電されるパルス励磁電流のオン/オフにより、インジェクタ34の噴射孔の開口面積を2段階に切り替えることができるようになっている。コントローラ70から出力される噴射指令によってインジェクタ34のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、燃料ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ34は、弁(弁体及び弁座)を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。
In the present embodiment, the opening area of the injection hole of the
インジェクタ34は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ34のガス流路に設けられた弁体の開口面積(開度)及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側(燃料電池スタック20側)に供給されるガス流量(又は水素モル濃度)を調整する。
The
尚、インジェクタ34の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともにインジェクタ34下流に供給されるガス圧力がインジェクタ34上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ34を調圧弁(減圧弁又はレギュレータ)と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ34の上流ガス圧の調圧量(減圧量)を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。インジェクタ34は、燃料ガス供給流路35の上流側のガス状態(ガス流量、水素モル濃度、ガス圧力)を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置として機能する。
In addition, since the gas flow rate is adjusted by opening and closing the valve body of the
燃料ガス供給流路35には、インジェクタ34の上流側圧力(一次圧力)を検出するための一次側圧力センサ81、インジェクタ34の上流側温度を検出するための一次側温度センサ83、インジェクタ34の下流側圧力(二次圧力)を検出するための二次側圧力センサ82がそれぞれ取り付けられている。
The fuel
循環流路36には、排気弁38を介して、排気流路39が接続されている。排気弁38は、コントローラ70からの指令によって作動することにより、循環流路36内の不純物を含む燃料オフガスと水分を外部に排出する。排気弁38の開弁により、循環流路36内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される燃料オフガス中の水素濃度が上がる。
An
希釈器50には、排気弁38及び排気流路39を介して排出される燃料オフガスと、排出流路45を流れる酸化オフガスとが流入し、燃料オフガスを希釈する。希釈化された燃料オフガスの排出音は、マフラー(消音器)51によって消音され、テールパイプ52を流れて車外に排気される。
The
酸化ガス配管系40は、燃料電池スタック20のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス供給流路44と、燃料電池スタック20から排出される酸化オフガスが流れる排出流路45とを有している。
The oxidizing
酸化ガス供給流路44には、フィルタ41を介して酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ42と、エアコンプレッサ42により圧送される酸化ガスを加湿するための加湿器43とが設けられている。排出流路45には、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁46と、加湿器43とが設けられている。
The oxidizing gas
加湿器43は、多数本の水蒸気透過膜(中空糸膜)から成る水蒸気透過膜束(中空糸膜束)を収容している。水蒸気透過膜の内部には、電池反応により生じた水分を多量に含む高湿潤の酸化オフガス(ウェットガス)が流れる一方で、水上透過膜の外部には、大気から取り込まれた低湿潤の酸化ガス(ドライガス)が流れる。酸化ガスと酸化オフガスとの間で水蒸気透過膜を隔てて水分交換が行われることにより、酸化ガスを加湿することができる。
The
電力系60は、DC/DCコンバータ61、バッテリ62、トラクションインバータ63、トラクションモータ64、及び電流センサ84を有している。
The
DC/DCコンバータ61は、直流の電圧変換器であり、バッテリ62からの直流電圧を昇圧してトラクションインバータ63に出力する機能と、燃料電池スタック20又はトラクションモータ64からの直流電圧を降圧してバッテリ62に充電する機能と、を有する。DC/DCコンバータ61のこれらの機能により、バッテリ62の充放電が制御される。また、DC/DCコンバータ61による電圧変換制御により、燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)が制御される。
The DC /
バッテリ62は、電力の蓄電及び放電が可能な蓄電装置であり、ブレーキ回生時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ62としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。
The
トラクションインバータ63は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ64に供給する。トラクションモータ64は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
The
電流センサ84は、燃料電池スタック20の出力電流(掃引電流)を検出する。
The
コントローラ70は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム10の各部を制御する。例えば、コントローラ70は、イグニッションスイッチ(図示せず)から出力される起動信号を受信すると、燃料電池システム10の運転を開始し、アクセルセンサ(図示せず)から出力されるアクセル開度信号や、車速センサ(図示せず)から出力される車速信号などを基に、システム全体の要求電力を求める。システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。
The
補機電力には、例えば、車載補機類(加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等)で消費される電力、車両走行に必要な装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等)で消費される電力、乗員空間内に配設される装置(空調装置、照明器具、及びオーディオ等)で消費される電力などが含まれる。 Auxiliary power includes, for example, power consumed by in-vehicle auxiliary equipment (humidifiers, air compressors, hydrogen pumps, cooling water circulation pumps, etc.), and devices required for vehicle travel (transmissions, wheel control devices, steering devices) , And suspension devices), and power consumed by devices (such as air conditioners, lighting fixtures, and audio devices) disposed in the passenger space.
そして、コントローラ70は、燃料電池スタック20とバッテリ62の出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック20の発電量が目標電力に一致するように、エアコンプレッサ42の回転数やインジェクタ34の弁開度を調整し、燃料電池スタック20への反応ガス供給量を調整するとともに、DC/DCコンバータ61を制御して燃料電池スタック20の出力電圧を調整することにより燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)を制御する。更に、コントローラ70は、アクセル開度に応じた目標車速が得られるように例えば、スイッチング指令として、U相、V相、及びW相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ63に出力し、トラクションモータ64の出力トルク、及び回転数を制御する。
Then, the
図2はインジェクタ制御に係わる機能ブロックを示している。
コントローラ70は、燃料電池スタック20の運転状態(電流センサ84で検出した燃料電池スタック20の出力電流)に基づいて、燃料電池スタック20で消費される燃料ガスの量(以下、「燃料消費量」という)を算出する(燃料消費量算出機能:B1)。本実施形態においては、燃料電池スタック20の出力電流値と燃料消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、コントローラ70の演算周期毎に燃料消費量を算出して更新することとしている。
FIG. 2 shows functional blocks related to injector control.
The
コントローラ70は、燃料電池スタック20の運転状態(電流センサ84で検出した燃料電池スタック20の発電時の電流値)に基づいて、インジェクタ34下流位置における燃料ガスの目標圧力値(燃料電池スタック20への目標ガス供給圧)を算出する(目標圧力値算出機能:B2)。本実施形態においては、燃料電池スタック20の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、コントローラ70の演算周期毎に、二次側圧力センサ82が配置された位置(圧力調整が要求される位置である圧力調整位置)における目標圧力値を算出して更新することとしている。
Based on the operating state of the fuel cell stack 20 (current value during power generation of the
コントローラ70は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ82で検出したインジェクタ34下流位置(圧力調整位置)の圧力値(検出圧力値)との偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する(フィードバック補正流量算出機能:B3)。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために燃料消費量に加算される燃料ガス流量(圧力差低減補正流量)である。本実施形態においては、PI型フィードバック制御則を用いて、コントローラ70の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。
The
具体的には、コントローラ70は、目標圧力値と検出圧力値との偏差(e)に比例ゲイン(KP)を乗じることにより比例型フィードバック補正流量(比例項:P=KP×e)を算出するとともに、偏差の時間積分値(∫(e)dt)に積分ゲイン(KI)を乗じることにより積分型フィードバック補正流量(積分項:I=KI×∫(e)dt)を算出し、これらを加算した値を含むフィードバック補正流量を算出している。
Specifically, the
コントローラ70は、前回算出した目標圧力値と、今回算出した目標圧力値との偏差に対応するフィードフォワード補正流量を算出する(フィードフォワード補正流量算出機能:B4)。フィードフォワード補正流量は、目標圧力値の変動に起因する燃料ガス流量の変動分(圧力差対応補正流量)である。本実施形態においては、目標圧力値の偏差とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定の演算式を用いて、コントローラ70の演算周期毎にフィードフォワード補正流量を算出して更新することとしている。
The
コントローラ70は、インジェクタ34の上流側のガス状態(一次側圧力センサ81で検出した燃料ガスの圧力、及び一次側温度センサ83で検出した燃料ガスの温度)に基づいてインジェクタ34の上流側の静的流量を算出する(静的流量算出機能:B5)。本実施形態においては、インジェクタ34の上流側の燃料ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、コントローラ70の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。
Based on the gas state upstream of the injector 34 (the pressure of the fuel gas detected by the primary
コントローラ70は、インジェクタ34の上流側ガス状態(燃料ガスの圧力及び温度)及び印加電圧に基づいて、インジェクタ34の無効噴射時間を算出する(無効噴射時間算出機能:B6)。ここで、無効噴射時間とは、インジェクタ34がコントローラ70から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ34の上流側の燃料ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、コントローラ70の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。
The
コントローラ70は、燃料消費量と、フィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量とを加算することにより、インジェクタ34の噴射流量を算出する(噴射流量算出機能:B7)。そして、コントローラ70は、インジェクタ34の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ34の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ34の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ34の総噴射時間を算出する(総噴射時間算出機能:B8)。ここで、駆動周期とは、インジェクタ34の噴射孔の開閉状態を表す段状(オン/オフ)波形の周期を意味する。本実施形態においては、コントローラ70により駆動周期を一定の値に設定している。
The
コントローラ70は、以上の手順を経て算出したインジェクタ34の総噴射時間を実現するための噴射指令をインジェクタ34に出力することにより、インジェクタ34のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池スタック20に供給される燃料ガスの流量及び圧力を調整する。
The
図3はインジェクタ閉固着故障時のフェールセーフ処理を示すタイミングチャートである。
同図において、復旧試行フラグとは、閉固着故障したインジェクタ34を開弁させるためのフェールセーフ処理を実施するか否かを示すフラグ情報である。INJ駆動許可フラグとは、インジェクタ34の開弁を許可するか否かを示すフラグ情報である。許容電流フラグとは、電池運転に電流制限を課すか否かを示すフラグ情報である。
FIG. 3 is a timing chart showing the fail-safe process at the time of the injector closed fixing failure.
In the figure, the recovery trial flag is flag information indicating whether or not to perform fail-safe processing for opening the
時刻t0以前では、インジェクタ34は、コントローラ70から出力される噴射指令(開弁指令)に応答して正常に作動している。噴射指令によって指定される総噴射時間τは、突入期間τ1と、突入期間τ1に後続する保持期間τ2とを含み、上述の総噴射時間算出機能B8によって算出される。突入時間τ1は、インジェクタ34の弁体を弁座から所定の開弁位置まで隔離し、開弁動作を完了させることを目的としてインジェクタ34のソレノイドコイルに突入電流を通電する期間である。突入期間τ1は、上述の無効噴射時間に若干の余裕を持たせた時間であり、且つ保持期間τ2とは無関係の一定時間である。保持期間τ2は、インジェクタ34の開弁状態を保持することを目的としてインジェクタ34のソレノイドコイルに保持電流を通電する期間である。保持期間τ2は、上述の基本噴射時間と同一である。
Prior to time t0, the
ここで、突入電流は、インジェクタ34のソレノイドコイルにデューティ比100%の駆動電圧を印加することによりソレノイドコイルに流れる電流をいう。一方、保持電流はインジェクタ34の開弁状態を保持するためにインジェクタ34のソレノイドコイルに流れる必要最小限の電流であり、ソレノイドコイルに印加される駆動電圧を所定のディーティ比(デューティ100%未満)でPWM制御することにより得られる。
Here, the inrush current refers to a current that flows through the solenoid coil by applying a driving voltage with a duty ratio of 100% to the solenoid coil of the
コントローラ70は、インジェクタ34を開弁するための突入電流を突入期間の間継続してインジェクタ34に通電するとともに、突入電流の通電により開弁した状態を保持するための保持電流を突入期間に続く保持期間の間継続してインジェクタ34に通電するための通電制御手段として機能する。
The
インジェクタ34に閉固着故障が生じると、インジェクタ34の二次圧力が低下し始める。二次圧力の低下は、インジェクタ34の閉固着故障を示唆しているので、コントローラ70は、目標圧力と二次圧力との差圧(目標圧力−二次圧力)がΔt1の間継続してP1以上となったときに、復旧試行フラグをオンにし、インジェクタ34を正常な状態に復旧させるためのフェールセーフ処理を実施する。そして、コントローラ70は、目標圧力と二次圧力との差圧の絶対値がΔt2の間継続してP2以下となったときに、復旧試行フラグをオフにし、フェールセーフ処理の実施を停止する。
When a closed sticking failure occurs in the
同図に示す例では、時刻t0では、インジェクタ34に閉固着故障が生じ、同時刻以降においてインジェクタ34の二次圧力が低下し始めている。そして、時刻t1のタイミングで目標圧力と二次圧力との差圧がP1以上となり、その状態がΔt1の間継続した後の時刻t2のタイミングで、復旧試行フラグはオフからオンになっている。更に、時刻t3のタイミングで目標圧力と二次圧力との差圧の絶対値はP2以下となり、その状態がΔt2の間継続した後の時刻t4のタイミングで、復旧試行フラグはオンからオフになっている。
In the example shown in the figure, at time t0, a closed sticking failure occurs in the
尚、二次圧力センサ82は、インジェクタ34の閉固着故障を検出するための検出手段として機能する。
The
コントローラ70は、復旧試行フラグがオンになると、総噴射時間τの全ての期間において、突入電流を流し、インジェクタ34の開弁を試みる。言い換えれば、保持期間τ2におけるPWM制御のディーティ比を100%とし、擬似的にτ=τ1とする通電制御を実施する。これにより、従来は一定値とされていた突入期間τ1を非常時には最大限度まで増大させることができるので、閉固着故障したインジェクタ34を正常な状態に復旧できる可能性を一層高めることができる。
When the recovery trial flag is turned on, the
コントローラ70がリトライ(総噴射時間τの全ての期間において突入電流を流すことを指示する開弁指令の出力)を実施する周期(リトライ周期)は、INJ駆動許可フラグがオンになる期間(開弁を許可する期間)T1と、INJ駆動許可フラグがオフになる期間(開弁を不許可する期間)T2を含む。インジェクタ34への開弁指令は、リトライ周期中の期間T1に出力され、期間T2での開弁指令出力は禁止される。
A period (retry period) in which the
尚、閉固着故障したインジェクタ34を正常な状態に復旧させるためのリトライを何度も実施すると、インジェクタ34のソレノイドコイルが損傷する虞があるので、リトライを所定回数(例えば、10回)実施した時点で、通常制御に戻り、所定時間経過した後に再びリトライを実施するのが好ましい。
In addition, since the solenoid coil of the
また、復旧試行フラグがオフの状態では、許容電流フラグはオンになり、電池運転に電流制限は課されない。一方、復旧試行フラグがオンの状態では、許容電流フラグはオフになり、電池運転に電流制限(例えば、出力電流=0A)が課される。電池運転に電流制限が課されている状態では、車両走行に要する電力や補機電力は、バッテリ62から供給される。
In addition, when the recovery trial flag is off, the allowable current flag is on and no current limitation is imposed on battery operation. On the other hand, when the recovery trial flag is on, the allowable current flag is off, and a current limit (for example, output current = 0 A) is imposed on battery operation. In a state where the current limit is imposed on the battery operation, the power required for vehicle travel and the auxiliary power are supplied from the
ところで、排気弁38の開弁により、循環流路36内の燃料オフガスを排気すると、その排気量に応じてインジェクタ34の二次圧は一時的に低下するので、インジェクタ34が閉故障したものと誤判定する虞がある。そのため、排気弁38が開弁している期間と、排気弁38が閉弁してから所定時間(例えば、1秒)は、目標圧力と二次圧力との差圧がΔt1の間継続してP1以上となったとしも、復旧試行フラグをオンにしないように制御するのが好ましい。
By the way, when the fuel off-gas in the
発明の実施形態を通じて説明された実施例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載の記載に限定されるものではない。 The examples described through the embodiments of the invention can be used in combination as appropriate according to the application, or can be used with modifications or improvements, and the present invention is not limited to the description of the embodiments described above. Absent.
上述の実施形態では、突入期間τ1に加えて更に保持期間τ2の全部の間継続してインジェクタ34に突入電流を通電することを要旨とする制御ロジックを例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、突入期間τ1に加えて更に保持期間τ2の一部の間継続してインジェクタ34に突入電流を通電することを要旨とする制御ロジックを採用してもよい。
In the above-described embodiment, the control logic having the gist of energizing the
また上述の実施形態では、インジェクタ34のソレノイドコイルに印加される駆動電圧のデューティ比を制御することで、一つの電源で突入電流と保持電流のそれぞれを生成する構成を例示したが、突入電流通電用の電源と保持電流通電用の電源をそれぞれ備える構成を採用してもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the inrush current and the holding current are generated by one power source by controlling the duty ratio of the drive voltage applied to the solenoid coil of the
また上述の実施形態では、燃料電池システム10を車載電源システムとして用いる利用形態を例示したが、燃料電池システム10の利用形態はこの例に限られるものではない。例えば、燃料電池システム10を燃料電池車両以外の移動体(ロボット、船舶、航空機等)の電力源として搭載してもよい。また、本実施形態に係わる燃料電池システム10を住宅やビル等の発電設備(定置用発電システム)として用いてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the usage form in which the
10…燃料電池システム 20…燃料電池スタック 30…燃料ガス配管系 31…燃料ガス供給源 32…遮断弁 33…レギュレータ 34…インジェクタ 35…燃料ガス供給流路 40…酸化ガス配管系 41…フィルタ 42…エアコンプレッサ 43…加湿器 44…酸化ガス供給流路 60…電力系 61…DC/DCコンバータ 62…バッテリ 63…トラクションインバータ 64…トラクションモータ 70…コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
反応ガス供給源から前記燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する電磁駆動式開閉弁と、
前記電磁駆動式開閉弁の通電を制御する通電制御手段と、を備え、
前記通電制御手段は、前記電磁駆動式開閉弁を開弁するための突入電流を前記電磁駆動式開閉弁に通電する期間である突入期間の間継続して前記電磁駆動式開閉弁に通電するとともに、前記突入電流の通電により開弁した状態を保持するための保持電流を前記突入期間に続く期間である保持期間の間継続して前記電磁駆動式開閉弁に通電し、
前記通電制御手段は、前記電磁駆動式開閉弁の閉固着故障を検出すると、前記突入期間に加えて更に前記保持期間の全部又は一部の間継続して前記電磁駆動式開閉弁に前記突入電流を通電することにより前記電磁駆動式開閉弁の開弁を試行する、燃料電池システム。 A fuel cell;
An electromagnetically driven on-off valve for controlling the supply of the reaction gas supplied from the reaction gas supply source to the fuel cell;
An energization control means for controlling energization of the electromagnetically driven on-off valve,
The energization control means continuously energizes the electromagnetically driven on / off valve during an inrush period, which is a period of energizing the electromagnetically driven on / off valve with an inrush current for opening the electromagnetically driven on / off valve. Continually energizing the electromagnetically driven on-off valve for a holding period, which is a period following the rushing period, to hold a state opened by energization of the rushing current,
When the energization control unit detects a closed fixing failure of the electromagnetically driven on / off valve, the inrush current continues to the electromagnetically driven on / off valve continuously during all or part of the holding period in addition to the inrush period. A fuel cell system that attempts to open the electromagnetically driven on-off valve by energizing the valve.
前記突入電流は、デューティ比100%の駆動電圧を前記電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流であり、前記保持電流は、PWM制御された駆動電圧を前記電磁駆動式開閉弁に通電するときに流れる電流である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The inrush current is a current that flows when a drive voltage with a duty ratio of 100% is passed through the electromagnetically driven on / off valve, and the holding current is passed through a PWM controlled drive voltage to the electromagnetically driven on / off valve. A fuel cell system, which is the current that sometimes flows.
前記電磁駆動式開閉弁は、インジェクタである、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
The fuel cell system, wherein the electromagnetically driven on-off valve is an injector.
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