JP5108344B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、水素タンク内の残水素量を検出するセンサが設けられた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system provided with a sensor for detecting the amount of remaining hydrogen in a hydrogen tank.
例えば、燃料電池自動車では、水素タンク内の水素の残量を運転者に知らせる必要がある。運転者は、インストルメントパネルなどに設けられた残量メータを確認することによって、おおよその航続可能距離の判断を行うことができ、水素残量が残り少ないと判断した場合には水素充填が必要であると判断することができる。水素タンク内の水素残量を検出する手段としては、水素タンク内の温度および圧力を検出するセンサをそれぞれ設けて、各センサから得られる温度と圧力とに基づいて残量を検知することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の技術では、水素タンク内の温度を検出する温度センサに基づいて水素の残量を検出していたため、この温度センサが故障すると、水素残量を正確に把握できなくなるという問題があった。このため、水素が欠乏した状態(電解質膜上でガス欠状態)で発電を継続することになると、燃料電池スタックの膜劣化を引き起こすおそれがあった。 However, since the conventional technology detects the remaining amount of hydrogen based on a temperature sensor that detects the temperature in the hydrogen tank, there is a problem that if this temperature sensor fails, the remaining amount of hydrogen cannot be accurately grasped. It was. For this reason, if power generation is continued in a state in which hydrogen is depleted (gas is depleted on the electrolyte membrane), the fuel cell stack may be deteriorated.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、温度センサが故障したとしても誤制御を防止す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。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of preventing erroneous control even if a temperature sensor fails.
請求項1に係る発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵容器と、前記燃料ガス貯蔵容器内の温度を検出する容器内温度検出手段と、前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を検出する容器内圧力検出手段と、を備え、前記燃料ガス貯蔵容器内の前記温度と前記圧力とに基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の残燃料ガス量を推定し、前記残燃料ガス量に基づいて前記燃料電池スタックの運転を制御する燃料電池システムにおいて、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記燃料ガス貯蔵容器内の温度と前記外気温度とに基づいて前記容器内温度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量が変化したことを判定する容器内ガス量変化判定手段と、を備え、前記故障判定手段は、前記燃料ガス貯蔵容器内の温度と前記外気温度とが所定値以上離れていると判断した場合、前記容器内温度検出手段が故障していると判断し、前記燃料電池スタックの発電停止時に、前記容器内ガス量変化判定手段により前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量が変化したことが検出された場合、故障判定を行わないことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a fuel cell stack that generates power by being supplied with a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas storage container that stores the fuel gas supplied to the fuel cell stack, and the fuel gas storage container A container internal temperature detecting means for detecting the temperature in the container, and a container internal pressure detecting means for detecting the pressure in the fuel gas storage container, based on the temperature and the pressure in the fuel gas storage container In a fuel cell system that estimates the amount of remaining fuel gas in the fuel gas storage container and controls the operation of the fuel cell stack based on the amount of remaining fuel gas, an outside air temperature detecting means for detecting an outside air temperature, and the fuel and determining failure determining means a failure of the vessel temperature detection means based on the temperature and the ambient temperature of the gas storage vessel, that the amount of fuel gas of the fuel gas storage vessel is changed Comprising a container gas amount change determining means for constant, wherein the failure determining means if the temperature of the fuel gas storage container and the outside air temperature is determined to be separated more than a predetermined value, the container temperature detection If it is determined that the fuel cell stack has failed, and when the fuel cell stack detects that the fuel gas amount in the fuel gas storage container has changed by the gas amount change determination unit in the container, It is characterized by not performing.
これによれば、燃料ガス貯蔵容器内の温度と外気温度との差から容器内温度検出手段の故障検知が行えるため、容器内温度検出手段の故障時に誤制御が行われるのを防止することができる。
また、燃料電池スタックの発電停止中に燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量が変化した場合には故障判定を行わないため、燃料ガス貯蔵容器内の圧力変動により燃料ガス貯蔵容器内の温度が変化した場合の故障の誤検知を防止できる。
According to this, since the failure detection of the container temperature detection means can be performed from the difference between the temperature inside the fuel gas storage container and the outside air temperature, it is possible to prevent erroneous control from being performed when the container temperature detection means fails. it can.
In addition, if the amount of fuel gas in the fuel gas storage container changes while the power generation of the fuel cell stack is stopped, failure determination is not performed, so the temperature in the fuel gas storage container changes due to pressure fluctuations in the fuel gas storage container. It is possible to prevent erroneous detection of failure in the case of failure.
請求項2に係る発明は、前記燃料電池スタックが発電を停止してから所定時間以上経過したかを検出する発電停止時間判定手段を備え、前記発電停止時間判定手段に基づいて発電停止から所定時間以上が経過していないと検出された場合には、前記故障判定手段による故障判定を行わないことを特徴とする。 The invention according to claim 2 includes power generation stop time determination means for detecting whether a predetermined time or more has elapsed since the fuel cell stack stopped power generation, and is based on the power generation stop time determination means for a predetermined time from power generation stop. When it is detected that the above has not elapsed, the failure determination by the failure determination means is not performed.
これによれば、燃料電池スタックの発電を停止してから所定時間以上が経過すると、燃料ガス貯蔵容器内の温度と外気温度とがほぼ等しくなるので、燃料ガス貯蔵容器内の温度と外気温度との差による容器内温度検出手段の故障検知を正確に行うことが可能になる。 According to this, the temperature in the fuel gas storage container and the outside air temperature become substantially equal when the predetermined time or more has passed since the power generation of the fuel cell stack is stopped. It is possible to accurately detect the failure of the temperature detecting means in the container due to the difference between the two.
請求項3に係る発明は、前記容器内ガス量変化判定手段は、前記燃料電池スタックの発電停止中に前記燃料ガス貯蔵容器への燃料ガスの充填を検出する燃料ガス充填検出手段であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the in-container gas amount change judging means is a fuel gas filling detecting means for detecting filling of the fuel gas into the fuel gas storage container while the fuel cell stack is not generating power. Features.
これによれば、燃料電池スタックの発電停止中に燃料ガス貯蔵容器に燃料ガスが充填された場合には故障判定を行わないため、燃料ガス充填による燃料ガス貯蔵容器内の温度変化による故障の誤検出を防止することが可能になる。 According to this, since the failure determination is not performed when the fuel gas storage container is filled with the fuel gas while the power generation of the fuel cell stack is stopped, the malfunction due to the temperature change in the fuel gas storage container due to the fuel gas filling is not performed. It becomes possible to prevent detection.
請求項4に係る発明は、前記故障判定手段は、前記燃料電池スタックの発電停止から起動までの時間を検出した後、前記容器内温度検出手段が故障しているか否かを判定し、前記所定値は、前記燃料電池スタックの発電停止から起動までの時間が長くなるにつれて小さく設定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the failure determination means determines whether or not the in-container temperature detection means has failed after detecting the time from the stoppage of power generation to the start-up of the fuel cell stack. The value is set to be smaller as the time from the power generation stop of the fuel cell stack to the startup becomes longer.
これによれば、発電停止から起動までの時間(ソーク時間)が長くなるにつれて燃料ガス貯蔵容器内の温度は外気温度に近づくため、ソーク時間が長い場合にはわずかな故障も検知することが可能になる。 According to this, as the time from power generation stop to start-up (soak time) becomes longer, the temperature in the fuel gas storage container approaches the outside air temperature, so even if the soak time is long, even a slight failure can be detected become.
請求項5に係る発明は、前記故障判定手段により故障と判定された場合には、前記燃料電池スタックの発電を禁止することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that power generation of the fuel cell stack is prohibited when the failure determination means determines that a failure has occurred.
これによれば、故障している場合は発電を禁止するため、残燃料ガス量を正確に把握できない状態で発電して膜劣化を引き起こすのを防止できる。 According to this, since power generation is prohibited when there is a failure, it is possible to prevent the film from being deteriorated by generating power in a state where the remaining fuel gas amount cannot be accurately grasped.
請求項6に係る発明は、前記故障判定手段により故障と判定された場合には、前記故障判定手段による故障判定前に算出した前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量から前記燃料電池スタックの発電によって消費された燃料ガス量およびパージ処理によって排出された燃料ガス量を減算して得られた容器内残燃料ガス量に基づいて発電を継続することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, when the failure determination means determines that a failure has occurred, the fuel cell stack generates power from the amount of fuel gas in the fuel gas storage container calculated before the failure determination by the failure determination means. The power generation is continued based on the residual fuel gas amount in the container obtained by subtracting the fuel gas amount consumed by the above and the fuel gas amount discharged by the purge process.
これによれば、燃料電池スタックの発電が開始できなくなるといった不都合を防止できる。 According to this, the inconvenience that the power generation of the fuel cell stack cannot be started can be prevented.
本発明によれば、温度センサが故障したとしても誤制御を防止することができる燃料電池システムを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system that can prevent erroneous control even if a temperature sensor fails.
図1は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図2はタンク内温度センサの故障判定制御を示す第1実施形態のフローチャート、図3は発電停止から起動までの時間と所定値との関係を示すグラフである。なお、本実施形態では、車両(図示せず)に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、航空機や船舶、定置式の電源などに適用してもよい。 FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system of the present embodiment, FIG. 2 is a flowchart of a first embodiment showing failure determination control of an in-tank temperature sensor, and FIG. It is a graph which shows the relationship. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a vehicle (not shown) will be described as an example. .
図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、アノード系20、カソード系30、制御系40などを含んで構成されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of this embodiment includes a
前記燃料電池スタック10は、固体高分子からなる電解質膜を、触媒を含むアノードと触媒を含むカソードとで挟み、さらにその外側を一対の導電性のセパレータで挟んで構成された単セルが複数積層された構造を有している。
The
前記アノード系20は、水素タンク21、インタンク電磁弁22、水素レギュレータ23、エゼクタ24、パージ弁25などを含んで構成されている。また、インタンク電磁弁22と水素レギュレータ23とは配管26aを介して接続され、水素レギュレータ23とエゼクタ24とは配管26bを介して接続され、エゼクタ24と燃料電池スタック10のアノードの入口とは配管26cを介して接続され、アノードの出口とパージ弁25とは配管26dを介して接続され、配管26dの途中とエゼクタ24とは配管26eを介して接続されている。
The
前記水素タンク21は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に高純度の水素ガスを高圧で貯留するタンク室(図示せず)を有し、そのタンク室の周囲をCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic:炭素繊維強化プラスチック)や、GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic:ガラス繊維強化プラスチック)等で形成されたカバー(図示せず)で被覆して構成されている。
The
前記インタンク電磁弁22は、水素タンク21と一体に構成され、ソレノイドへの通電を制御することにより開閉するようになっている。
The in-
前記水素レギュレータ23は、水素タンク21から供給された高圧の水素ガスを所定の圧力に減圧して燃料電池スタック10に供給する減圧機能を有している。なお、水素レギュレータ5は、例えば、カソード系30の圧力が信号圧として入力されることにより開弁するようになっている。
The
前記エゼクタ24は、燃料電池スタック10のアノードから排出された未反応の水素を、燃料電池スタック10のアノードに戻して循環させるための真空ポンプの一種である。
The
前記パージ弁25は、配管26dの配管26eよりも下流側に設けられ、定期的に開閉されてアノード系20の水素濃度低下を防止する機能を有している。
The
前記カソード系30は、エアポンプ31、加湿器32、背圧弁33、配管34a〜34eなどを含んで構成されている。また、エアポンプ31の入口は大気と連通する配管34aと接続されている。エアポンプ31の出口と、加湿器32の乾燥エア(供給ガス)の入口とは配管34bを介して接続されている。加湿器32の加湿後のエアの出口と、燃料電池スタック10のカソードの入口とは配管34cを介して接続されている。カソードの出口と、加湿器32の湿潤エア(排出オフガス)の入口とは配管34dを介して接続されている。加湿器32の湿潤エアの出口と、背圧弁33とは配管34eを介して接続されている。
The
前記エアポンプ31は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、配管34aを介して外気を取り込んで圧縮した圧縮空気を燃料電池スタック10のカソードに供給する機能を有している。
The
前記加湿器32は、例えば、複数の水透過性の膜を束ねてケースに収容した中空糸膜モジュールを備え、中空糸膜の内側と外側の一側にエアポンプ31からの空気を流通させ、他側に燃料電池スタック10のカソードから排出された排出オフガス(湿潤な空気、生成水)を流通させることにより、エアポンプ31からの乾燥した空気を加湿する機能を有している。
The
前記背圧弁33は、例えばバタフライ弁により構成され、その開度を制御することにより燃料電池スタック10のカソード系30の圧力を制御する機能を有している。
The
なお、パージ弁25の下流側および背圧弁33の下流側には希釈ボックス(図示せず)が設けられており、パージ弁25を開弁したときに燃料電池スタック10のアノード系20から排出された水素が、希釈ボックス内でカソード系30から排出されたオフガスによって所定の水素濃度に希釈された後に系外(車外)に排出されるように構成されている。
A dilution box (not shown) is provided on the downstream side of the
前記制御系40は、ECU41、スタック温度センサ42、タンク内温度センサ43、タンク内圧力センサ44、エア吸入温度センサ45、タイマー46などで構成されている。
The
前記ECU41は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、プログラムなどで構成され、本実施形態の故障判定手段、容器内ガス量変化判定手段を備えている。また、ECU41は、インタンク電磁弁22、パージ弁25、背圧弁33を開閉制御し、エアポンプ31のモータの回転速度を制御する。なお、パージ弁25および背圧弁33については、制御線の図示を省略している。また、ECU41は、スタック温度センサ42、タンク内温度センサ43、タンク内圧力センサ44、エア吸入温度センサ45およびタイマー46と信号線を介して接続され、タンク内温度、タンク内圧力、外気温度、時間を取得するように構成されている。
The
前記スタック温度センサ42は、燃料電池スタック10の温度を検出する機能を有し、例えば、燃料電池スタック10のアノード側の配管26d、カソード側の配管34d、冷媒配管(図示せず)などに設けられている。
The
前記タンク内温度センサ43は、水素タンク21内の温度を検出する機能を有し、インタンク電磁弁22と一体に構成されている。すなわち、タンク内温度センサ43は、水素タンク21に対する水素の出し入れなどの圧力変動により温度変化が生じ易い位置に設けられている。
The tank
前記タンク内圧力センサ44は、水素タンク21内の圧力を検出する機能を有し、インタンク電磁弁22と水素レギュレータ23との間の配管26aに設けられている。
The tank
前記エア吸入温度センサ45は、外気温度を検出する機能を有し、エアポンプ31の入口側に接続された配管34aに設けられている。つまり、エア吸入温度センサ45は、エア吸入口である外気と通じる配管34aに設けられているので外気温度を検出できるようになっている。また、このエア吸入温度センサ45は、外気温度を検出する以外は、エアポンプ31から吸入するエアの流量を制御するために設けられているものである。
The air
前記タイマー46は、例えば燃料電池スタック10の発電停止時からの時間を検出する機能を有している。
The
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作について図2および図3を参照(適宜、図1を参照)しながら説明する。ちなみに、この制御は、燃料電池システムの起動時に1回のみ行われるが、これは起動されると水素タンク21内の水素量が変化するためである。
Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 (refer to FIG. 1 as appropriate). Incidentally, this control is performed only once when the fuel cell system is started, because the amount of hydrogen in the
まず、ステップS101において、ECU41は、運転者によってイグニッションがオフ(IG−OFF)されたことを検知すると、ステップS102に進み、ECU41は、イグニッションオフと同時に、スタック温度センサ42から発電停止時の燃料電池スタック10の温度(図2ではスタック温度と略記)T1、タンク内圧力センサ44から水素タンク21内のタンク内圧力P1をそれぞれ読込む。
First, in step S101, when the
そして、ステップS103に進み、ECU41は、タイマー46を始動させて、発電停止時(IG−OFF)からの時間を計測する。
And it progresses to step S103 and ECU41 starts the
なお、燃料電池スタック10は、イグニッションオフと同時に、インタンク電磁弁22が閉じられて燃料電池スタック10への水素の供給が停止され、エアポンプ31が停止されて燃料電池スタック10への空気の供給が停止され、発電が停止する。
In the
そして、ステップS104に進み、ECU41は、運転者によってイグニッションがオン(IG−ON)されたかを監視する。ECU41は、イグニッションオンされていないと判断した場合には(S104、No)、ステップS103に戻り、時間の計測を継続し、イグニッションオンされたと判断した場合には(S104、Yes)、ステップS105に進む。
And it progresses to step S104 and ECU41 monitors whether the ignition was turned on (IG-ON) by the driver | operator. When the
ステップS105では、ECU41は、イグニッションオンと同時に(S104、Yes)、タイマー46によって発電停止時(IG−OFF)から起動(IG−ON)までの時間を検出するとともに、タンク内温度センサ43から水素タンク21内のタンク内温度T2、およびエア吸入温度センサ45から外気温度T3をそれぞれ読込む。なお、エア吸入温度センサ45から取得する外気温度T3は、エアポンプ31を駆動しているときの熱の影響を受ける場合には、エアポンプ31を駆動する前に外気温度T3を取得することが好ましい。
In step S105, the
そして、ステップS106に進み、ECU41は、ステップS105で検出された時間が、所定時間Tm以上であるか否かを判断する。なお、所定時間Tm未満とは、実験等で予め決められる値であり、タンク内温度T2と外気温度T3とが同じ温度またはほぼ同じ温度とはなっていないと予測される時間(故障判定を行うことができない時間)である。このステップS106が、本実施形態の発電停止時間判定手段が実施する処理に相当する。また、この所定温度Tmは、発電停止時の燃料電池スタック10の温度(ステップS102)に基づいて補正してもよい。例えば、イグニッションオフからイグニッションオンまでの時間が短くて発電停止時の燃料電池スタック10の温度が低い場合には所定時間Tmが短く設定され、またイグニッションオフからイグニッションオンまでの時間が長くて発電停止時の燃料電池スタック10の温度が高い場合には所定時間Tmが長く設定される。
In step S106, the
ステップS106において、ECU41は、所定時間Tmが経過していないと判断した場合には(No)、ステップS113に進み、タンク内温度センサ43が故障か否かの判定をしない(故障判定を行わない)と判断する。
In step S106, if the
また、ステップS106において、ECU41は、所定時間Tmが経過していると判断した場合には(Yes)、ステップS107に進み、インタンク電磁弁22を開弁する。インタンク電磁弁22を開弁することにより、水素タンク21内の水素が配管26aを通り、水素レギュレータ23で所定圧に減圧された後に燃料電池スタック10のアノードに供給される。
In step S106, if the
そして、ステップS108に進み、ECU41は、タンク内圧力センサ44からインタンク電磁弁22を開弁した直後の水素タンク21内のタンク内圧力P2を読込む。
In step S108, the
そして、ステップS109に進み、ECU41は、水素タンク21内の水素量(燃料ガス量)が変化したか否かを判断する。なお、水素タンク21内の水素量が変化したか否かの判断は、ステップS102で読込んだ発電停止時のタンク内圧力P1と、ステップS108で読込んだタンク内圧力P2との圧力差に基づいて判断される。圧力差(P1−P2)が0(≒0)であれば、水素タンク21内の水素量は変化していないと判断できる。ステップS109において、ECU41は、水素タンク21内の水素量が変化していると判断した場合には(No)、ステップS113に進み、タンク内温度センサ43が故障か否かの判定をしない(故障判定を行わない)と判断する。
In step S109, the
なお、ステップS109が、本実施形態の容器内ガス量変化判定手段が実施する処理に相当する。また、容器内ガス量変化判定手段は、発電停止中の水素タンク21への水素充填を検出する燃料ガス充填検出手段としてもよい。
Note that step S109 corresponds to the processing performed by the in-container gas amount change determination unit of the present embodiment. The in-container gas amount change determining means may be a fuel gas filling detecting means for detecting the filling of hydrogen into the
ステップS109において、ECU41は、水素タンク21内の水素量(燃料ガス量)が変化していないと判断した場合には(Yes)、ステップS110に進み、ステップS105で読込まれた外気温度T3と、同ステップで読込まれたタンク内温度T2と温度差の絶対値が所定値よりも低いか否かを判断する。なお、このときの所定値は、予め実験等で求めた図3に示すようなグラフに基づいて設定され、発電停止から起動までの時間が長くなるにつれて小さく設定される。
In step S109, if the
ステップS110において、ECU41は、温度差の絶対値が所定値よりも低いと判断した場合には(Yes)、ステップS113に進み、タンク内温度センサ43が故障か否かの判定をしない(故障判定を行わない)と判断する。また、ステップS110において、ECU41は、温度差の絶対値が所定値以上であると判断した場合には(No)、ステップS111に進み、タンク内温度センサ43は故障であると判断する。
In step S110, when the
そして、ステップS112に進み、ECU41は、発電を禁止する。発電を禁止するとは、インタンク電磁弁22を閉じて燃料電池スタック10のアノードへの水素供給を停止し、エアポンプ31を停止して燃料電池スタック10のカソードへの空気供給を停止することである。
In step S112, the
以上説明したように、第1実施形態の燃料電池システム1では、タンク内温度T2と外気温度T3との差に基づいてタンク内温度センサ43の故障検知を行うことができるため、タンク内温度センサ43の故障時に燃料電池システム1が誤制御されるのを防止することが可能になる。
As described above, in the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the failure of the
また、第1実施形態の燃料電池システム1では、燃料電池スタック10の発電停止から所定時間Tmが経過すると、タンク内温度T2と外気温度T3とがほぼ等しくなるので、発電停止から所定時間Tmが経過するまでタンク内温度センサ43の故障判定を行わないようにすることにより、タンク内温度センサ43の故障検知を正確に行えるようになる。
Further, in the fuel cell system 1 of the first embodiment, when the predetermined time Tm has elapsed since the power generation stop of the
また、第1実施形態の燃料電池システム1では、水素タンク21内の圧力変動によりタンク内温度T2が変化する構成であるので、水素タンク21内の水素量が変化した場合には、タンク内温度センサ43の故障判定を行わないので、圧力変動によって温度変化が生じた場合の誤検出を防止できる。
Further, in the fuel cell system 1 of the first embodiment, since the tank internal temperature T2 changes due to the pressure fluctuation in the
また、第1実施形態の燃料電池システム1では、発電停止中に水素タンク21に水素が充填された場合には、タンク内温度センサ43の故障判定を行わないため、水素充填によって温度変化が生じた場合の誤検出を防止できる。
Further, in the fuel cell system 1 of the first embodiment, when the
また、第1実施形態の燃料電池システム1では、燃料電池スタック10の発電停止から起動までの時間が長くなるにつれて、タンク内温度T2は外気温度T3に近づくので、発電停止から起動までの時間が長くなるにつれて所定値を小さくすることにより、発電が長時間停止した場合のわずかな(微量な)故障も検出することができるようになる。
Further, in the fuel cell system 1 of the first embodiment, the tank internal temperature T2 approaches the outside air temperature T3 as the time from the power generation stop to the start of the
また、第1実施形態の燃料電池システム1では、残水素量の把握が正確に行えないまま発電を継続することによる膜(電解質膜+アノード+カソード)の劣化が進行するのを防止することが可能になる。つまり、水素タンク21内の残水素量(残燃料ガス量)は、タンク内温度センサ43から得られる温度と、タンク内圧力センサ44から得られる圧力とに基づいて算出されるので、もし仮に水素タンク21内の残水素量が実際よりも多く存在している側に誤検出された場合には、水素供給不足の状態で発電が継続されることになり、膜劣化を引き起こす原因となる。しかし、本実施形態では、故障していると判定された場合には、発電を禁止するので、膜劣化の進行を防止できる。
Further, in the fuel cell system 1 of the first embodiment, it is possible to prevent the deterioration of the membrane (electrolyte membrane + anode + cathode) due to continuing power generation without accurately grasping the amount of remaining hydrogen. It becomes possible. That is, the residual hydrogen amount (remaining fuel gas amount) in the
(第2実施形態)
図4はタンク内温度センサの故障判定制御を示す第2実施形態のフローチャートである。なお。第2実施形態における故障判定制御が行われる燃料電池システムは、第1実施形態における燃料電池システム1と同一である。また、第2実施形態のフローチャートは、第1実施形態のフローチャートにおいて、ステップS102に替えてS102Aとし、ステップS112に替えてステップS114およびステップS115を追加した以外は、第1実施形態と同様である。また、第1実施形態と同じ構成については同一のステップ符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a flowchart of the second embodiment showing the failure determination control of the tank temperature sensor. Note that. The fuel cell system in which the failure determination control in the second embodiment is performed is the same as the fuel cell system 1 in the first embodiment. The flowchart of the second embodiment is the same as the flowchart of the first embodiment except that step S102 is replaced with S102A, and step S114 and step S115 are added instead of step S112. . Further, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same step symbols, and the description thereof is omitted.
図4に示すように、ステップS102Aでは、ECU41は、イグニッションオフと同時に、スタック温度センサ42から発電停止時の燃料電池スタック10の温度(図2ではスタック温度と略記)T1、タンク内温度センサ43から水素タンク21内のタンク内温度T4、およびタンク内圧力センサ44から水素タンク21内のタンク内圧力P1をそれぞれ読込む。
As shown in FIG. 4, in step S102A, the
また、ステップS111において、ECU41は、タンク内温度センサ43が故障したと判断した場合には、ステップS114に進み、代替残水素量を算出する。このときの代替残水素量は、ステップS102Aにおいて読込まれたタンク内温度T4とタンク内圧力P1とに基づいて算出した水素タンク21内の初期残水素量から、イグニッションがオン(IG−ON)されたとき(S101、Yes)からの発電によって消費された水素量(燃料ガス量)およびパージ処理によって排出された水素量(燃料ガス量)を減算して代替残水素量(代替燃料ガス量)を算出する。なお、代替残水素量算出後、燃料電池システム1は、算出した代替残水素量に基づいて発電を開始する。
In step S111, if the
なお、発電による水素消費量およびパージ処理による水素消費量には、イグニッションがオンされたときのOCV(Open Circuit Voltage;開回路電圧)チェック時の水素消費量も含まれる。このOCVチェックとは、燃料電池スタック10が発電を行う前に、発電可能な状態かどうかを判断するために必要な手順で、例えば開回路電圧(開放端電圧ともいう)を用いて判断する。そのときの処理手順としては、パージ弁25を開いた状態でアノード系20の配管26a〜26eを水素で置換することにより行われる。
Note that the hydrogen consumption by the power generation and the hydrogen consumption by the purge process include the hydrogen consumption at the time of OCV (Open Circuit Voltage) check when the ignition is turned on. The OCV check is a procedure necessary to determine whether or not the
一方、ステップS113において、ECU41は、タンク内温度センサ43の故障判定をしないと判断した場合には、ステップS115に進み、通常残水素量を算出する。このときの通常残水素量は、タンク内温度センサ43から得られる現在のタンク内温度、タンク内圧力センサ44から得られる現在のタンク内圧力などに基づいて算出される。なお、この場合の通常残水素量も、OCVチェック時の水素消費量を考慮することが好ましい。また、代替残水素量算出後、燃料電池システム1は、算出した代替残水素量に基づいて発電を開始する。
On the other hand, if the
このように第2実施形態の燃料電池システムでは、タンク内温度センサ43が故障と判断された場合でも、代替残水素量を算出するので、燃料電池システム1の運転を開始できなくなるといった不都合を防止できる。
As described above, in the fuel cell system according to the second embodiment, even if it is determined that the
本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、外気温度を検出する手段として、エア吸入温度センサ45を例に挙げて説明したが、例えば、スタック温度センサ42を外気温度検出手段として利用してもよい。スタック温度センサ42は、発電停止後の時間経過とともに外気温度に近づくため、外気温度検出手段に含めることができる。また、図示していないが、車外の環境温度を測定する外気温度センサを外気温度検出手段として利用してもよく、あるいは、スタック温度センサ42、エア吸入温度センサ45、外気温度センサ(図示せず)を組み合わせたものを外気温度検出手段として利用してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the air
1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
21 水素タンク
41 ECU
42 スタック温度センサ
43 タンク内温度センサ(容器内温度検出手段)
44 タンク内圧力センサ(容器内圧力検出手段)
45 エア吸入温度センサ(外気温度検出手段)
46 タイマー
1
42
44 Tank internal pressure sensor (Internal pressure detector)
45 Air intake temperature sensor (outside air temperature detection means)
46 timer
Claims (6)
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを貯蔵する燃料ガス貯蔵容器と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の温度を検出する容器内温度検出手段と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の圧力を検出する容器内圧力検出手段と、を備え、
前記燃料ガス貯蔵容器内の前記温度と前記圧力とに基づいて前記燃料ガス貯蔵容器内の残燃料ガス量を推定し、前記残燃料ガス量に基づいて前記燃料電池スタックの運転を制御する燃料電池システムにおいて、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の温度と前記外気温度とに基づいて前記容器内温度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、
前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量が変化したことを判定する容器内ガス量変化判定手段と、を備え、
前記故障判定手段は、
前記燃料ガス貯蔵容器内の温度と前記外気温度とが所定値以上離れていると判断した場合、前記容器内温度検出手段が故障していると判断し、
前記燃料電池スタックの発電停止時に、前記容器内ガス量変化判定手段により前記燃料ガス貯蔵容器内の燃料ガス量が変化したことが検出された場合、故障判定を行わないことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power; and
A fuel gas storage container for storing fuel gas supplied to the fuel cell stack;
A container temperature detecting means for detecting the temperature in the fuel gas storage container;
An in-container pressure detecting means for detecting the pressure in the fuel gas storage container,
A fuel cell that estimates an amount of residual fuel gas in the fuel gas storage container based on the temperature and pressure in the fuel gas storage container, and controls operation of the fuel cell stack based on the amount of residual fuel gas In the system,
Outside temperature detecting means for detecting outside temperature;
Failure determination means for determining failure of the temperature detection means in the container based on the temperature in the fuel gas storage container and the outside air temperature ;
An in-container gas amount change determining means for determining that the amount of fuel gas in the fuel gas storage container has changed,
It said failure determining means,
When it is determined that the temperature inside the fuel gas storage container and the outside air temperature are separated from each other by a predetermined value or more, it is determined that the container temperature detecting means is malfunctioning ,
The fuel cell is characterized in that failure determination is not performed when the fuel gas amount in the fuel gas storage container detects that the fuel gas amount in the fuel gas storage container has changed when the fuel cell stack stops generating power. system.
前記発電停止時間判定手段により発電停止から所定時間以上が経過していないと検出された場合には、前記故障判定手段による故障判定を行わないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 Power generation stop time determination means for determining whether a predetermined time or more has elapsed since the fuel cell stack stopped power generation,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the power generation stop time determination unit detects that a predetermined time or more has not elapsed since the power generation stop, the failure determination unit does not perform the failure determination. .
前記所定値は、前記燃料電池スタックの発電停止から起動までの時間が長くなるにつれて小さく設定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The failure determination means determines whether or not the container temperature detection means has failed after detecting the time from power generation stop to start of the fuel cell stack,
Wherein the predetermined value, the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the set smaller as time increases to start from the power generation stop of the fuel cell stack.
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