JP5422947B2

JP5422947B2 - Diagnostic system and fuel cell system

Info

Publication number: JP5422947B2
Application number: JP2008236537A
Authority: JP
Inventors: 明信森山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010071679A

Description

本発明は、診断システムおよびこの診断システムが適用された燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a diagnostic system and a fuel cell system to which the diagnostic system is applied.

例えば特許文献１には、圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）が開示されている。この圧力センサにおいて、圧力検出室の開口部は、検出部側に対して圧力検出室取り込み口側が大きく設定され、更に圧力検出室側壁が段差の無いテーパーまたは曲線形状に設定されている。これにより、排水性が高まり、圧力検出室内部の水が排出され、氷点下になった場合でも凍結によって圧力導入通路を塞ぎ、再起動時に圧力が検出不能となることや、検出部の破損を抑制することができる。
特開２００５−３０８６６６号公報 For example, Patent Document 1 discloses a pressure sensor (pressure detection means) that detects pressure. In this pressure sensor, the opening of the pressure detection chamber is set so that the pressure detection chamber intake port side is larger than the detection portion side, and the pressure detection chamber side wall is set to have a taper or a curved shape without a step. This improves drainage, discharges the water in the pressure detection chamber, and even if the temperature falls below freezing, it closes the pressure introduction passage by freezing, preventing pressure from becoming undetectable at restart and preventing damage to the detector can do.
JP 2005-308666 A

特許文献１に開示された手法によれば、圧力検出手段の凍結抑制には効果があるものの、凍結が生じた場合には、これを異常として検知することができない。凍結による異常状態で圧力の検出を行った場合には、検出値に誤差が含まれるため、検出精度の低下をさせるという不都合がある。 According to the technique disclosed in Patent Document 1, although effective in suppressing freezing of the pressure detecting means, when freezing occurs, it cannot be detected as abnormal. When pressure is detected in an abnormal state due to freezing, there is an inconvenience that the detection accuracy is lowered because an error is included in the detection value.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力検出手段の凍結による異常を適切に判定することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to appropriately determine an abnormality caused by freezing of the pressure detection means.

かかる課題を解決するために、本発明は診断システムを提供する。ここで、制御手段は、規定の制御パターンにしたがって圧力調整手段を制御することにより、検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う。これにより、計測手段が、圧力変動動作に対応して圧力検出手段によって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する。そして、判定手段は、計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力検出手段の凍結による異常を判定する。 In order to solve this problem, the present invention provides a diagnostic system. Here, the control means controls the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern, thereby performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection target. As a result, the measuring means measures the pressure transition detected by the pressure detecting means in response to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern. Then, the determination means determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection means by comparing the measured pressure fluctuation pattern with the reference pressure fluctuation pattern.

本発明によれば、圧力検出手段が凍結している場合には、応答特性が悪化するため、減圧速度に追従できなくなる。これにより、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力検出手段の凍結による異常を適切に判定することができる。 According to the present invention, when the pressure detecting means is frozen, the response characteristic is deteriorated, so that the pressure reducing speed cannot be followed. Thereby, the abnormality by freezing of a pressure detection means can be determined appropriately by comparing a measurement pressure fluctuation pattern with a reference pressure fluctuation pattern.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムを概略的に示す構成図である。燃料電池システムは、例えば、車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system is mounted on a vehicle, for example, and the vehicle is driven by electric power supplied from the fuel cell system.

燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を介して燃料極２と酸化剤極３とが対設された燃料電池構造体を、セパレータを介して複数積層することにより構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極（反応極）２に燃料ガス（反応ガス）が供給されるとともに酸化剤極（反応極）３に酸化剤ガス（反応ガス）が供給されることにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。 The fuel cell system includes a fuel cell stack (fuel) in which a plurality of fuel cell structures each having a fuel electrode 2 and an oxidant electrode 3 arranged in a pair via a solid polymer electrolyte membrane are stacked via a separator. Battery) 1. In this fuel cell stack 1, a fuel gas (reactive gas) is supplied to a fuel electrode (reactive electrode) 2 and an oxidant gas (reactive gas) is supplied to an oxidant electrode (reactive electrode) 3. Electric power is generated by electrochemically reacting the gas and the oxidant gas. In this embodiment, a case where hydrogen is used as the fuel gas and air is used as the oxidant gas will be described.

燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系とが備えられている。 The fuel cell system includes a hydrogen system for supplying hydrogen to the fuel cell stack 1 and an air system for supplying air to the fuel cell stack 1.

水素系において、燃料ガスである水素は、燃料ガス供給手段から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、水素は、例えば、高圧水素ボンベといった燃料タンク１０に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。 In the hydrogen system, hydrogen, which is a fuel gas, is supplied from the fuel gas supply means to the fuel cell stack 1 via the hydrogen supply flow path L1. Specifically, for example, hydrogen is stored in a fuel tank 10 such as a high-pressure hydrogen cylinder, and is supplied from the fuel tank 10 to the fuel cell stack 1 via the hydrogen supply flow path L1.

水素供給流路Ｌ１には、燃料タンク１０の下流にタンク元バルブ（図示せず）が設けられているとともに、タンク元バルブの下流に減圧バルブ（図示せず）が設けられている。燃料タンク１０内の水素は、タンク元バルブが開状態とされることにより、水素供給流路Ｌ１へと供給され、減圧バルブによって所定の圧力まで機械的に減圧される。また、水素供給流路Ｌ１には、減圧バルブの下流側に水素調圧バルブ１１が設けられている。この水素調圧バルブ１１の開度は、燃料電池スタック１の燃料極における水素圧力が所望の圧力となるように、後述する制御部３０によって制御される。 In the hydrogen supply flow path L1, a tank original valve (not shown) is provided downstream of the fuel tank 10, and a pressure reducing valve (not shown) is provided downstream of the tank original valve. The hydrogen in the fuel tank 10 is supplied to the hydrogen supply flow path L1 by opening the tank source valve, and is mechanically reduced to a predetermined pressure by the pressure reducing valve. The hydrogen supply flow path L1 is provided with a hydrogen pressure regulating valve 11 on the downstream side of the pressure reducing valve. The opening degree of the hydrogen pressure regulating valve 11 is controlled by the control unit 30 described later so that the hydrogen pressure at the fuel electrode of the fuel cell stack 1 becomes a desired pressure.

燃料電池スタック１における個々の燃料極からの排出ガス（未使用の水素を含むガス）は、水素循環流路Ｌ２に排出される。水素循環流路Ｌ２の他方の端部は、水素供給流路Ｌ１における水素調圧バルブ１１よりも下流側に接続されている。この水素循環流路Ｌ２には、例えば、水素循環ポンプ１２といった水素循環手段が設けられている。燃料電池スタック１の燃料極からの排出ガスは、水素循環手段により、燃料電池スタック１の燃料極に循環させられる。 Exhaust gas (gas containing unused hydrogen) from each fuel electrode in the fuel cell stack 1 is discharged to the hydrogen circulation passage L2. The other end of the hydrogen circulation channel L2 is connected to the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 11 in the hydrogen supply channel L1. For example, a hydrogen circulation means such as a hydrogen circulation pump 12 is provided in the hydrogen circulation flow path L2. The exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell stack 1 is circulated to the fuel electrode of the fuel cell stack 1 by hydrogen circulation means.

ところで、酸化剤ガスとして空気を用いるケースでは、酸化剤極３に供給された空気に含まれる不純物（例えば、窒素）が燃料極２側に透過することがある。そのため、燃料極２および水素循環流路Ｌ２を含む循環系内の不純物濃度が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。不純物濃度が高い場合、燃料電池スタック１の出力が低下する等の不都合が生じるため、循環系内の不純物濃度を管理する必要がある。 By the way, in the case where air is used as the oxidant gas, impurities (for example, nitrogen) contained in the air supplied to the oxidant electrode 3 may permeate to the fuel electrode 2 side. Therefore, the impurity concentration in the circulation system including the fuel electrode 2 and the hydrogen circulation flow path L2 increases, and the hydrogen partial pressure tends to decrease. When the impurity concentration is high, problems such as a decrease in the output of the fuel cell stack 1 occur. Therefore, it is necessary to manage the impurity concentration in the circulation system.

そこで、水素循環流路Ｌ２には、循環系内から不純物をパージするためのパージ流路Ｌ３が設けられている。パージ流路Ｌ３には、パージバルブ１３が設けられており、このパージバルブ１３の開度を調整することにより、水素循環流路Ｌ２を流れる循環ガスを外部に排出することができる。これにより、不純物のパージを行うことができ、循環系内における不純物濃度を調整することができる。 Therefore, the hydrogen circulation flow path L2 is provided with a purge flow path L3 for purging impurities from the circulation system. A purge valve 13 is provided in the purge flow path L3. By adjusting the opening of the purge valve 13, the circulating gas flowing through the hydrogen circulation flow path L2 can be discharged to the outside. Thereby, the impurity can be purged, and the impurity concentration in the circulation system can be adjusted.

空気系は、酸化剤ガスである空気を燃料電池スタック１へ供給する酸化剤ガス供給手段を有する。具体的には、空気は、空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に供給される。この空気供給流路Ｌ４には、コンプレッサ２０が設けられている。コンプレッサ２０は、大気（空気）を取り込むと、空気を加圧して吐出する。また、空気供給流路Ｌ４には、アフタークーラ２１と、加湿装置２２とが設けられている。コンプレッサ２０から吐出された空気は、アフタークーラ２１によって冷却されるとともに加湿装置２２によって加湿された後に、燃料電池スタック１に供給される。 The air system has an oxidant gas supply means for supplying air, which is an oxidant gas, to the fuel cell stack 1. Specifically, the air is supplied to the fuel cell stack 1 through the air supply flow path L4. A compressor 20 is provided in the air supply flow path L4. When the compressor 20 takes in the atmosphere (air), the compressor 20 pressurizes and discharges the air. In addition, an aftercooler 21 and a humidifier 22 are provided in the air supply flow path L4. The air discharged from the compressor 20 is cooled by the aftercooler 21 and humidified by the humidifier 22, and then supplied to the fuel cell stack 1.

燃料電池スタック１における個々の酸化剤極３からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ５を介して外部（大気）に排出される。空気排出流路Ｌ５は、上述した加湿装置２２を経由して配置されており、加湿装置２２では、酸化剤極３側からの排出ガスと、コンプレッサ２０から供給される空気との間で水分交換を行うことにより、供給空気への加湿が行われる。また、空気排出流路Ｌ５には、空気調圧バルブ２３が設けられている。この空気調圧バルブ２３は、燃料電池スタック１の酸化剤極３における圧力が所望の圧力となるように、空気の圧力を調整する。また、空気排出流路Ｌ５には、パージ流路Ｌ３の端部が接続されている。 Exhaust gas (air in which oxygen is consumed) from each oxidant electrode 3 in the fuel cell stack 1 is discharged to the outside (atmosphere) through the air discharge flow path L5. The air discharge flow path L5 is disposed via the humidifier 22 described above, and in the humidifier 22, moisture is exchanged between the exhaust gas from the oxidizer electrode 3 side and the air supplied from the compressor 20. By performing this, the supply air is humidified. An air pressure regulating valve 23 is provided in the air discharge flow path L5. The air pressure adjusting valve 23 adjusts the air pressure so that the pressure at the oxidant electrode 3 of the fuel cell stack 1 becomes a desired pressure. Further, the end of the purge flow path L3 is connected to the air discharge flow path L5.

制御部３０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。制御部３０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部３０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御信号として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力する。これにより、各種のバルブの状態、コンプレッサ２０の回転数などが制御される。 The control unit 30 has a function of controlling the entire system in an integrated manner, and controls the operating state of the system by operating according to the control program. As the control unit 30, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used. The control unit 30 performs various calculations based on the state of the system, and outputs the calculation results as control signals to various actuators (not shown). Thereby, various valve states, the rotational speed of the compressor 20 and the like are controlled.

制御部３０には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。空気圧力センサ３１は、燃料電池スタック１の酸化剤極における空気の圧力を検出するセンサであり、空気温度センサ３２は、空気圧力センサ３１近傍の温度を検出するセンサである。水素圧力センサ３３は、燃料電池スタック１の燃料極における水素の圧力を検出するセンサであり、水素温度センサ３４は、水素圧力センサ３３近傍の温度を検出するセンサである。大気圧センサ３５は、大気圧を検出するセンサであり、外気温センサ３６は、外気の温度を検出するセンサである。 Sensor signals from various sensors and the like are input to the control unit 30 in order to detect the state of the system. The air pressure sensor 31 is a sensor that detects the pressure of air at the oxidant electrode of the fuel cell stack 1, and the air temperature sensor 32 is a sensor that detects the temperature near the air pressure sensor 31. The hydrogen pressure sensor 33 is a sensor that detects the pressure of hydrogen at the fuel electrode of the fuel cell stack 1, and the hydrogen temperature sensor 34 is a sensor that detects the temperature in the vicinity of the hydrogen pressure sensor 33. The atmospheric pressure sensor 35 is a sensor that detects atmospheric pressure, and the outside air temperature sensor 36 is a sensor that detects the temperature of outside air.

本実施形態との関係において、制御部３０は、燃料電池スタック１の発電制御を行うとともに、空気圧力センサ３１または水素圧力センサ３３といった圧力センサ（圧力検出手段）の凍結異常を診断する診断システムとしても機能する。具体的には、制御部３０は、規定の制御パターンにしたがって、圧力センサ（例えば、空気圧力センサ３１）が検出する検出対象（例えば、燃料電池スタック１の酸化剤極３における空気の圧力）の圧力状態を調整する圧力調整手段（例えば、コンプレッサ２０や空気調圧バルブ２３）を制御する。制御部３０は、検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う（制御手段）。また、制御部３０は、圧力変動動作に対応して圧力センサによって検出される圧力の推移を計測する（計測手段）。そして、制御部３０は、計測された圧力変動パターン（以下「計測圧力変動パターン」という）と、この圧力変動パターンの基準値を示す基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を判定する（判定手段）。 In relation to the present embodiment, the control unit 30 performs power generation control of the fuel cell stack 1 and as a diagnostic system for diagnosing a freezing abnormality of a pressure sensor (pressure detection means) such as the air pressure sensor 31 or the hydrogen pressure sensor 33. Also works. Specifically, the control unit 30 determines the detection target (for example, air pressure in the oxidant electrode 3 of the fuel cell stack 1) detected by the pressure sensor (for example, the air pressure sensor 31) according to a prescribed control pattern. A pressure adjusting means (for example, the compressor 20 or the air pressure adjusting valve 23) for adjusting the pressure state is controlled. The control unit 30 performs a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection target (control unit). Moreover, the control part 30 measures the transition of the pressure detected by a pressure sensor corresponding to a pressure fluctuation operation (measurement means). Then, the control unit 30 compares the measured pressure fluctuation pattern (hereinafter referred to as “measured pressure fluctuation pattern”) with a reference pressure fluctuation pattern indicating a reference value of the pressure fluctuation pattern, thereby freezing the pressure sensor. Abnormality is determined (determination means).

図２は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法、すなわち、圧力センサの診断方法の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、システムの起動時に呼び出され、制御部３０によって実行される。本実施形態では、空気系に設けられた空気圧力センサ３１を診断対象とする。 FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of a control method of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, that is, a pressure sensor diagnosis method. The process shown in this flowchart is called when the system is started and executed by the control unit 30, for example. In the present embodiment, the air pressure sensor 31 provided in the air system is a diagnosis target.

まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、制御部３０は、外気温センサ３６から外気温Ｔａを読み込むとともに、この外気温Ｔａが判定閾値Ｔａth以下であるか否かを判定する。この判定閾値Ｔａthは、空気圧力センサ３１に凍結が生じる可能性があるような低温環境であるか否かを判定するための閾値であり、予め実験やシミュレーションを通じて最適値が設定されている（例えば、０℃）。 First, in step 10 (S10), the control unit 30 reads the outside air temperature Ta from the outside air temperature sensor 36, and determines whether or not the outside air temperature Ta is equal to or less than the determination threshold value Tath. The determination threshold value Tath is a threshold value for determining whether or not the air pressure sensor 31 is in a low temperature environment that may cause freezing, and an optimum value is set in advance through experiments and simulations (for example, , 0 ° C.).

このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、外気温Ｔａが判定閾値Ｔａth以下の場合には（Ｔａ≦Ｔａth）、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、外気温Ｔａが判定閾値Ｔａthよりも大きい場合には（Ｔａ＞Ｔａth）、本処理を終了する。 If an affirmative determination is made in step 10, that is, if the outside air temperature Ta is equal to or lower than the determination threshold value Tath (Ta ≦ Tath), the process proceeds to step 11 (S11). On the other hand, if a negative determination is made in step 10, that is, if the outside air temperature Ta is larger than the determination threshold value Tath (Ta> Tath), this process is terminated.

ステップ１１（Ｓ１１）において、制御部３０は、空気圧力センサ３１が検出する検出対象の圧力状態を変動させる圧力変動運転を開始する。具体的には、制御部３０は、予め定められた規定の制御パターンにしたがってコンプレッサ２０の回転数または空気調圧バルブ２３の開度を制御する。これにより、空気圧力センサ３１の検出対象の圧力状態を変動させる。本実施形態において、制御部３０は、圧力変動動作として、検出対象の圧力状態を増圧させた後に減圧させる。 In step 11 (S11), the control unit 30 starts a pressure fluctuation operation for changing the pressure state of the detection target detected by the air pressure sensor 31. Specifically, the control unit 30 controls the rotational speed of the compressor 20 or the opening of the air pressure regulating valve 23 according to a predetermined control pattern. Thereby, the pressure state of the detection target of the air pressure sensor 31 is changed. In the present embodiment, the control unit 30 reduces the pressure after increasing the pressure state of the detection target as the pressure fluctuation operation.

図３は、圧力変動運転に対応する圧力変動パターンを示す説明図である。圧力センサが圧力を正常に検出する場合、制御部３０が圧力変動運転を実行することにより、圧力（センサ値）は以下の通りに推移する。まず、制御の開始タイミングＴ０からタイミングＴ１までは、圧力は基準初期値Ｐ０のまま一定値で推移する。タイミングＴ１に到達すると、それ以降は、圧力は増加する。増加した圧力は、タイミングＴ２においてピークを迎え（基準ピーク値Ｐ１）、その後、減少する。減少した圧力は、タイミングＴ３において、基準中間値Ｐ２となり、その後は、基準中間値Ｐ２のままに一定値で推移する。ここで、基準ピーク値Ｐ１と基準初期値Ｐ０との圧力差を、基準増圧差ΔＰ１と定義し、基準ピーク値Ｐ１と基準中間値Ｐ２との圧力差を、基準減圧差ΔＰ２と定義する。また、タイミングＴ２からタイミングＴ３までの期間を、基準減圧期間ΔＴと定義する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a pressure fluctuation pattern corresponding to the pressure fluctuation operation. When the pressure sensor detects the pressure normally, the control unit 30 executes the pressure fluctuation operation, so that the pressure (sensor value) changes as follows. First, from the control start timing T0 to the timing T1, the pressure changes at a constant value with the reference initial value P0. When the timing T1 is reached, the pressure increases thereafter. The increased pressure reaches a peak at the timing T2 (reference peak value P1) and then decreases. The reduced pressure becomes the reference intermediate value P2 at the timing T3, and thereafter changes at a constant value while maintaining the reference intermediate value P2. Here, the pressure difference between the reference peak value P1 and the reference initial value P0 is defined as a reference pressure increase difference ΔP1, and the pressure difference between the reference peak value P1 and the reference intermediate value P2 is defined as a reference decompression difference ΔP2. Further, a period from timing T2 to timing T3 is defined as a reference decompression period ΔT.

ステップ１２（Ｓ１２）において、制御部３０は、圧力変動動作に対応して空気圧力センサ３１によって検出される圧力の推移を計測する。これにより、計測圧力変動パターンが得られる。 In step 12 (S12), the control unit 30 measures the transition of the pressure detected by the air pressure sensor 31 corresponding to the pressure fluctuation operation. Thereby, a measurement pressure fluctuation pattern is obtained.

ステップ１３（Ｓ１３）において、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、空気圧力センサ３１に凍結による異常が生じているか否かを判定する。ここで、基準圧力変動パターンは、計測された圧力変動パターンと比較することにより、空気圧力センサ３１に異常が生じているか否かを判定するための基準を示すものである。この基準圧力変動パターンは、基本的に、圧力変動運転に対応して、正常時（非凍結状態）の空気圧力センサ３１によって検出される圧力の推移を示している（例えば、図３）。この基準圧力変動パターンは、実験やシミュレーションを通じて予め設定することができるが、本実施形態では、経年劣化等を考慮して、後述する手法によって最適化されている。 In step 13 (S13), the control unit 30 compares the measured pressure fluctuation pattern with the reference pressure fluctuation pattern to determine whether or not an abnormality due to freezing has occurred in the air pressure sensor 31. Here, the reference pressure fluctuation pattern indicates a reference for determining whether or not an abnormality has occurred in the air pressure sensor 31 by comparing with the measured pressure fluctuation pattern. This reference pressure fluctuation pattern basically shows a change in pressure detected by the air pressure sensor 31 in a normal state (non-frozen state) corresponding to the pressure fluctuation operation (for example, FIG. 3). This reference pressure fluctuation pattern can be set in advance through experiments and simulations, but in this embodiment, it is optimized by a method described later in consideration of aging degradation and the like.

図４は、圧力変動のパターンを示す説明図である。同図において、破線は、基準圧力変動パターン、すなわち、圧力センサの正常時での圧力変動パターンを示しており、実線は、圧力センサに凍結が生じているケースでの圧力変動パターンを示している。同図（ａ）に示すように、同一の制御パターンにしたがって圧力変動運転を行った場合でも、圧力センサの正常時と凍結時とでは、圧力変動パターンに差が生じる。この傾向は、圧力変動運転における増圧時よりも、減圧時の方が顕著となる。増圧時は、外部からのエネルギーで圧力センサの受圧面が押されることにより変位するものの、外部から押されるエネルギーが無くなると、変位は止まる。この現象は、正常時であっても凍結時であってもタイミング的に対応する。一方、その後の減圧に伴う受圧面の変位速度は、正常時であれば、減圧速度に追従するが、圧力センサの受圧面に氷の膜が形成されている場合には、受圧面の応答特性が悪化するため、減圧速度に追従できなくなる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a pattern of pressure fluctuation. In the figure, a broken line indicates a reference pressure fluctuation pattern, that is, a pressure fluctuation pattern when the pressure sensor is normal, and a solid line indicates a pressure fluctuation pattern when the pressure sensor is frozen. . As shown in FIG. 5A, even when the pressure fluctuation operation is performed according to the same control pattern, there is a difference in the pressure fluctuation pattern between when the pressure sensor is normal and when it is frozen. This tendency becomes more remarkable at the time of pressure reduction than at the time of pressure increase in the pressure fluctuation operation. At the time of pressure increase, the displacement is caused by pressing the pressure receiving surface of the pressure sensor with energy from the outside, but the displacement stops when the energy pushed from the outside disappears. This phenomenon corresponds to timing regardless of whether it is normal or frozen. On the other hand, the displacement speed of the pressure-receiving surface that accompanies subsequent pressure reduction follows the pressure-reduction speed under normal conditions, but when an ice film is formed on the pressure-receiving surface of the pressure sensor, the response characteristics of the pressure-receiving surface Becomes worse and cannot follow the decompression speed.

圧力センサの正常時、圧力は、タイミングＴ２において基準ピーク値Ｐ１から下がり始め、タイミングＴ３において基準中間値Ｐ２に到達し、その後安定する。しかしながら、圧力センサの異常時、圧力は、タイミングＴ２において第１のピーク値Ｐａ１から下がり始める。しかしながら、圧力は、タイミングＴ３においても下降しつづけ（その値Ｐａ２）、タイミングＴ４において第１の中間値Ｐａ２に到達し、その後安定する。そのため、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間、すなわち、基準減圧期間ΔＴと、第１の減圧期間ΔＴａとの間に差が生じることとなる。ここで、第１の減圧期間ΔＴａは、タイミングＴ２からタイミングＴ４までの経過時間、すなわち、第１のピーク値Ｐａ１から第１の中間値Ｐａ２に到達するまでの期間である。 When the pressure sensor is normal, the pressure starts to decrease from the reference peak value P1 at timing T2, reaches the reference intermediate value P2 at timing T3, and then stabilizes. However, when the pressure sensor is abnormal, the pressure starts to drop from the first peak value Pa1 at timing T2. However, the pressure continues to decrease at timing T3 (its value Pa2), reaches the first intermediate value Pa2 at timing T4, and then stabilizes. Therefore, there is a difference between the elapsed time from the start timing of pressure reduction until the pressure stabilizes to a constant value, that is, between the reference pressure reduction period ΔT and the first pressure reduction period ΔTa. Here, the first pressure reduction period ΔTa is an elapsed time from the timing T2 to the timing T4, that is, a period from the first peak value Pa1 to the first intermediate value Pa2.

同図（ａ）では、圧力センサの凍結異常により、圧力値が正常時よりもマイナス側にオフセットしているケースを示しているが、同図（ｂ）に示すように、圧力値が正常時よりもプラス側にオフセットしているケースでも同様である。 FIG. 5A shows a case where the pressure value is offset to the negative side from the normal value due to abnormal freezing of the pressure sensor. However, as shown in FIG. The same applies to the case of offset to the plus side.

再び図２を参照するに、制御部３０は、基準圧力変動パターンと、計測圧力変動パターンとを比較し、基準減圧期間ΔＴと、第１の減圧期間ΔＴａとの間に差が生じている場合には、空気圧力センサ３１に凍結が生じていると判定する。例えば、制御部３０は、基準減圧期間ΔＴから、第１の減圧期間ΔＴａを減算した減算値が、予め設定されている判定値以上となる場合には、両者の値の間に差が生じていると判定するといった如くである。ステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１に凍結が生じている場合には、ステップ１４（Ｓ１４）に進む。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１に異常が生じていない場合には、本処理を終了する。 Referring to FIG. 2 again, the control unit 30 compares the reference pressure fluctuation pattern with the measured pressure fluctuation pattern, and there is a difference between the reference pressure reduction period ΔT and the first pressure reduction period ΔTa. Is determined that the air pressure sensor 31 is frozen. For example, when the subtraction value obtained by subtracting the first decompression period ΔTa from the reference decompression period ΔT is equal to or greater than a predetermined determination value, a difference is generated between the two values. It seems to be judged that there is. If an affirmative determination is made in step 13, that is, if the air pressure sensor 31 is frozen, the process proceeds to step 14 (S14). On the other hand, if a negative determination is made in step 13, that is, if no abnormality has occurred in the air pressure sensor 31, this process is terminated.

ステップ１４において、制御部３０は、図示しない表示装置やパイロットランプ、スピーカなどを通じて、空気圧力センサ３１の異常を報知する。 In step 14, the control unit 30 notifies the abnormality of the air pressure sensor 31 through a display device, a pilot lamp, a speaker, etc. (not shown).

図５は、基準圧力変動パターンの最適化処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、システムの停止時に呼び出され、制御部３０によって実行される。本実施形態では、空気系に設けられた空気圧力センサ３１を処理対象とする。 FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the optimization process of the reference pressure fluctuation pattern. The process shown in this flowchart is called, for example, when the system is stopped, and is executed by the control unit 30. In the present embodiment, the air pressure sensor 31 provided in the air system is a processing target.

まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、制御部３０は、空気圧力センサ３１が凍結しているか否かを判定する。空気圧力センサ３１の凍結判定は、このセンサ３１の近傍に設けられた空気温度センサ３２の検出値に基づいて行う。具体的には、制御部３０は、空気温度センサ３２から空気温度を読み込むとともに、この空気温度が判定閾値以下であるか否かを判定する。この判定閾値は、空気圧力センサ３１が凍結環境下にあるか否かを判定するための閾値であり、予め実験やシミュレーションを通じて最適値が設定されている。 First, in step 20 (S20), the control unit 30 determines whether or not the air pressure sensor 31 is frozen. The freezing determination of the air pressure sensor 31 is performed based on the detection value of the air temperature sensor 32 provided in the vicinity of the sensor 31. Specifically, the control unit 30 reads the air temperature from the air temperature sensor 32 and determines whether the air temperature is equal to or lower than a determination threshold value. This determination threshold value is a threshold value for determining whether or not the air pressure sensor 31 is in a frozen environment, and an optimum value is set in advance through experiments and simulations.

このステップ２０において肯定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１が凍結している場合には、後述するステップ２９（Ｓ２９）の処理に進む。一方、ステップ２０において否定判定された場合、すなわち、空気圧力センサ３１が凍結していない場合、ステップ２１（Ｓ２１）に進む。 If the determination in step 20 is affirmative, that is, if the air pressure sensor 31 is frozen, the process proceeds to step 29 (S29) described later. On the other hand, if a negative determination is made in step 20, that is, if the air pressure sensor 31 is not frozen, the process proceeds to step 21 (S21).

ステップ２１において、制御部３０は、空気圧力センサ３１が検出する検出対象の圧力状態を変動させる圧力変動運転を開始する。具体的には、制御部３０は、予め定められた規定の制御パターンにしたがってコンプレッサ２０の回転数または空気調圧バルブ２３の開度を制御することにより、酸化剤極の圧力を増圧させた後に減圧させる。 In step 21, the control unit 30 starts a pressure fluctuation operation for changing the pressure state of the detection target detected by the air pressure sensor 31. Specifically, the control unit 30 increases the pressure of the oxidizer electrode by controlling the rotation speed of the compressor 20 or the opening of the air pressure regulating valve 23 according to a predetermined control pattern. Later, the pressure is reduced.

ステップ２２（Ｓ２２）において、制御部３０は、圧力変動動作に対応して空気圧力センサ３１によって検出される圧力の推移を計測する。 In step 22 (S22), the control unit 30 measures the transition of the pressure detected by the air pressure sensor 31 corresponding to the pressure fluctuation operation.

ステップ２３（Ｓ２３）において、制御部３０は、ステップ２２において計測された圧力変動パターンに基づいて、診断処理において基準圧力変動パターンと実際の圧力変動パターンとを比較するための基準値（本実施形態では、基準減圧期間ΔＴ）を演算する。 In step 23 (S23), the control unit 30 compares the reference pressure fluctuation pattern with the actual pressure fluctuation pattern in the diagnosis process based on the pressure fluctuation pattern measured in step 22 (this embodiment). Then, the reference decompression period ΔT) is calculated.

ステップ２４（Ｓ２４）において、制御部３０は、演算された基準値が、正常範囲内であるか否かを判定する。基準値に関する正常範囲は、実験やシミュレーションと通じて、その最適範囲が予め設定されている。このステップ２４において肯定判定された場合、すなわち、基準値が正常範囲内である場合には、ステップ２８（Ｓ２８）に進む。一方、ステップ２４において否定判定された場合、すなわち、基準値が正常範囲から外れている場合には、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。 In step 24 (S24), the control unit 30 determines whether or not the calculated reference value is within the normal range. The normal range related to the reference value is preset in advance through experiments and simulations. If an affirmative determination is made in step 24, that is, if the reference value is within the normal range, the process proceeds to step 28 (S28). On the other hand, if a negative determination is made in step 24, that is, if the reference value is out of the normal range, the process proceeds to step 25 (S25).

ステップ２５において、制御部３０は、異常フラグＦdiagが「１」にセットされているか否かを判定する。この異常フラグＦdiagは、通常は「０」にセットされており、基準値が正常範囲から外れたケース、すなわち、圧力変動運転を実行する側に異常が生じている可能性がある場合に「１」にセットされる。このステップ２５において否定判定された場合には、ステップ２６（Ｓ２６）に進み、異常フラグＦdiagを「１」にセットした上で、再度ステップ２１以降の処理を行う。一方、ステップ２５において肯定判定された場合には、ステップ２７（Ｓ２７）に進む。 In step 25, the control unit 30 determines whether or not the abnormality flag Fdiag is set to “1”. The abnormality flag Fdiag is normally set to “0”, and is “1” when the reference value is out of the normal range, that is, when there is a possibility that an abnormality occurs on the side where the pressure fluctuation operation is performed. Is set. If a negative determination is made in step 25, the process proceeds to step 26 (S26), the abnormality flag Fdiag is set to “1”, and the processing from step 21 is performed again. On the other hand, if the determination is positive at step 25 and proceeds no in step 27 (S27).

ステップ２７において、制御部３０は、図示しない表示装置やパイロットランプ、スピーカなどを通じて、圧力変動運転を実行する側に異常が生じていることを報知する。 In step 27, the control unit 30 notifies that an abnormality has occurred on the side where the pressure fluctuation operation is performed through a display device, a pilot lamp, a speaker, etc. (not shown).

ステップ２８（Ｓ２８）において、制御部３０は、ステップ２２において計測された圧力変動パターンによって基準圧力変動パターンを更新するとともに、ステップ２３において算出された基準値により、従前までの基準値を更新する。 In step 28 (S28), the control unit 30 updates the reference pressure fluctuation pattern with the pressure fluctuation pattern measured in step 22, and updates the previous reference value with the reference value calculated in step 23.

ステップ２９（Ｓ２９）において、制御部３０は、異常フラグＦdiagを「０」にセットして本ルーチンを抜ける。 In step 29 (S29), the control unit 30 sets the abnormality flag Fdiag to “0” and exits this routine.

このように本実施形態によれば、制御部３０は、規定の制御パターンにしたがって圧力調整手段を制御することにより、検出対象の圧力状態を減圧させる圧力変動動作を行う。また、制御部３０は、圧力変動動作に対応して圧力センサによって検出される圧力の推移を圧力変動パターンとして計測する。そして、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を判定する。 As described above, according to the present embodiment, the control unit 30 performs the pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection target by controlling the pressure adjusting unit according to the prescribed control pattern. Moreover, the control part 30 measures the transition of the pressure detected by a pressure sensor corresponding to a pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern. And the control part 30 determines the abnormality by freezing of a pressure sensor by comparing a measured pressure fluctuation pattern with a reference | standard pressure fluctuation pattern.

圧力センサの凍結時には、圧力センサの受圧面の応答特性が悪化するため、減圧速度に追従できなくなる。これにより、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとを比較することにより、圧力センサの凍結による異常を適切に判定することができる。 When the pressure sensor is frozen, the response characteristic of the pressure receiving surface of the pressure sensor is deteriorated, so that the pressure reducing speed cannot be followed. Thereby, the abnormality by freezing of a pressure sensor can be determined appropriately by comparing a measured pressure fluctuation pattern with a reference pressure fluctuation pattern.

また、本実施形態において、基準圧力変動パターンは、圧力変動動作に対応して、非凍結状態の圧力センサによって検出される圧力の推移を示す。また、この基準圧力変動パターンは、温度環境に基づいて圧力センサが非凍結状態であることを条件に、計測圧力変動パターンによって更新される。 In the present embodiment, the reference pressure fluctuation pattern indicates the transition of pressure detected by the pressure sensor in the non-freezing state corresponding to the pressure fluctuation operation. The reference pressure fluctuation pattern is updated with the measured pressure fluctuation pattern on the condition that the pressure sensor is in an unfrozen state based on the temperature environment.

かかる構成によれば、正常時の圧力変動パターンである基準圧力変動パターンと比較されるので、圧力センサの凍結による異常を有効に判定することができる。また、基準圧力変動パターンが更新されることにより、システムの経年劣化や温度環境による誤差等を補正することができる。これにより、判定精度の向上を図ることできる。 According to such a configuration, since it is compared with a reference pressure fluctuation pattern that is a normal pressure fluctuation pattern, an abnormality due to freezing of the pressure sensor can be determined effectively. In addition, by updating the reference pressure fluctuation pattern, it is possible to correct an aging deterioration of the system, an error due to a temperature environment, and the like. As a result, the determination accuracy can be improved.

また、本実施形態において、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間を比較する。かかる構成によれば、凍結の影響が顕著に現れる減圧時の圧力変動パターンを用いて診断を行うため、判定精度の向上を図ることができる。 Further, in the present embodiment, the control unit 30 compares the elapsed time from the start of pressure reduction until the pressure stabilizes to a constant value in the measured pressure fluctuation pattern and the reference pressure fluctuation pattern. According to such a configuration, diagnosis is performed using the pressure fluctuation pattern at the time of decompression in which the influence of freezing appears prominently, so that the determination accuracy can be improved.

また、本実施形態によれば、制御部３０は、圧力変動動作として、検出対象の圧力状態を増圧させた後に減圧させている。かかる構成によれば、一旦増圧させることにより、減圧させるための環境を作ることができる。これにより、診断を有効に行うことができる。なお、本実施形態では、圧力変動動作として、検出対象を減圧させる前提として、増圧を行っている。しかしながら、上述したように、圧力センサの凍結による影響は減圧時に顕著に現れるため、圧力変動動作として、検出対象の圧力状態を減圧させるのみであってもよい。この場合には、減圧ポンプなどを用いるなどの手法により、圧力センサ３１，３３よりも下流側を減圧（負圧）することでもよい。 Further, according to the present embodiment, the control unit 30 reduces the pressure after increasing the pressure state of the detection target as the pressure fluctuation operation. According to such a configuration, an environment for reducing the pressure can be created by increasing the pressure once. Thereby, a diagnosis can be performed effectively. In the present embodiment, pressure increase is performed as a premise that the detection target is depressurized as the pressure fluctuation operation. However, as described above, the effect of freezing of the pressure sensor appears significantly during pressure reduction, so that the pressure state of the detection target may only be reduced as the pressure fluctuation operation. In this case, the downstream side of the pressure sensors 31 and 33 may be depressurized (negative pressure) by a technique such as using a decompression pump.

また、本実施形態では、制御部３０は、計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとの比較において、減圧の開始タイミングから圧力が一定値に安定するまでの経過時間（基準減圧期間ΔＴ，第１の減圧期間ΔＴａ）を基準値として、相互の比較を行っている。しかしながら、本発明は、制御部３０は、計測された圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとの比較において、用いることができる基準値はこれに限定されない。例えば、基準値としては、減圧時の減圧速度（ΔＰ２／（Ｔ３−Ｔ２），ΔＰａ２／（Ｔ４−Ｔ２））や、圧力増加時の増加幅（ΔＰ１，ΔＰａ１）、圧力増加時の増加幅に対する圧力減圧時の減圧幅（ΔＰ２／ΔＰ１，ΔＰａ２／ΔＰａ１）を用いることができる。 Further, in the present embodiment, the control unit 30 compares the measured pressure fluctuation pattern with the reference pressure fluctuation pattern, and the elapsed time from the start of pressure reduction until the pressure stabilizes to a constant value (reference pressure reduction period ΔT). , The first depressurization period ΔTa) is used as a reference value for comparison. However, in the present invention, the control unit 30 is not limited to the reference value that can be used in the comparison between the measured pressure fluctuation pattern and the reference pressure fluctuation pattern. For example, as reference values, the pressure reduction rate (ΔP2 / (T3-T2), ΔPa2 / (T4-T2)) at the time of pressure reduction, the increase width at the time of pressure increase (ΔP1, ΔPa1), the increase width at the time of pressure increase The pressure reduction width (ΔP2 / ΔP1, ΔPa2 / ΔPa1) at the time of pressure reduction can be used.

また、本実施形態では、空気圧力センサ３１を診断対象としているが、本発明はこれに限定されない。燃料電池スタック１の燃料極の圧力を変動可能であるため、水素圧力センサ３３を診断対象とすることも可能であり、また、両方のセンサ３１，３３をそれぞれ診断対象とすることも可能である。 Moreover, in this embodiment, although the air pressure sensor 31 is made into the diagnostic object, this invention is not limited to this. Since the pressure of the fuel electrode of the fuel cell stack 1 can be changed, the hydrogen pressure sensor 33 can be set as a diagnosis target, and both the sensors 31 and 33 can be set as diagnosis targets. .

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図である。第２の実施形態の診断方法が、第１の実施形態のそれと相違する点は、基準圧力変動パターンと、計測された圧力変動パターンとの比較方法である。なお、燃料電池システムおよび診断システムである制御部３０のシステム構成については、第１の実施形態と同様であり、以下相違点を中心に説明を行う。 (Second Embodiment)
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a diagnostic concept of the diagnostic method according to the second embodiment of the present invention. The diagnostic method of the second embodiment is different from that of the first embodiment in the comparison method between the reference pressure fluctuation pattern and the measured pressure fluctuation pattern. The system configuration of the control unit 30, which is a fuel cell system and a diagnostic system, is the same as that of the first embodiment, and will be described below with a focus on differences.

図６において、実線は、タイミングＴ２以降における計測圧力変動パターンを示し、破線は、タイミングＴ２以降における基準圧力変動パターンを示す。減圧の開始タイミングＴ２から圧力が一定値に安定するタイミングＴ５までにおいて、圧力調整手段（例えば、コンプレッサ２０や空気調圧バルブ２３）の動作点、例えば、動作開始時と、動作終了時は、動作バラツキ要素が大きく、圧力変動に誤差が含まれる可能性がある。そこで、圧力調整手段による動作バラツキの影響を抑制するために、基準圧力変動パターンと圧力変動パターンとの比較において、タイミングＴ２からタイミングＴ５までのうち、両端側を除いたタイミングＴ３からタイミングＴ４までのパターンを有効領域として使用することとする。例えば、破線で示す基準圧力変動パターンの有効領域は、基準ピーク値Ｐ１から基準減圧差ΔＰ２の１０％（ＳＨ線）だけ減圧したタイミングＴ３から、基準ピーク値Ｐ１から基準減圧差ΔＰ２の９０％（ＳＬ線）だけ減圧したタイミングＴ４までの領域とするといった如くである。同様に、実線で示す圧力変動パターンの有効領域は、第１のピーク値Ｐａ１から第１の減圧差ΔＰａ２の１０％（ＳａＨ線）だけ減圧したタイミングＴａ３から、第１のピーク値Ｐａ１から基準減圧差ΔＰａ２の９０％（ＳａＬ線）だけ減圧したタイミングＴａ４までの領域とするといった如くである。そのため、基準圧力変動パターンと、測定圧力変動パターンとの比較では、当該有効領域における、タイミングＴ３〜Ｔ４までの基準減圧期間ΔＴ１と、タイミングＴａ３〜Ｔａ４までの測定減圧期間ΔＴａ１とが比較される。 In FIG. 6, a solid line shows a measured pressure fluctuation pattern after timing T2, and a broken line shows a reference pressure fluctuation pattern after timing T2. From the depressurization start timing T2 to the timing T5 when the pressure stabilizes to a constant value, the operating points of the pressure adjusting means (for example, the compressor 20 and the air pressure regulating valve 23), for example, at the start and end of the operation There is a large variation factor, and pressure fluctuations may contain errors. Therefore, in order to suppress the influence of the operation variation due to the pressure adjusting means, in the comparison between the reference pressure variation pattern and the pressure variation pattern, from the timing T2 to the timing T5, from the timing T3 to the timing T4 excluding both end sides. The pattern is used as an effective area. For example, the effective region of the reference pressure fluctuation pattern indicated by the broken line is 90% (from the reference peak value P1 to 90% of the reference depressurization difference ΔP2 from the timing T3 when the depressurization is reduced by 10% (SH line) from the reference peak value P1. (SL line) is the area up to timing T4 when the pressure is reduced. Similarly, the effective region of the pressure fluctuation pattern indicated by the solid line is from the first peak value Pa1 to the reference depressurization from the first peak value Pa1 from the timing Ta3 at which the first depressurization difference ΔPa2 is depressurized by 10% (SaH line). It seems to be an area up to timing Ta4 where the pressure is reduced by 90% of the difference ΔPa2 (SaL line). Therefore, in the comparison between the reference pressure variation pattern and the measured pressure variation pattern, the reference decompression period ΔT1 from timing T3 to T4 and the measured decompression period ΔTa1 from timing Ta3 to Ta4 in the effective region are compared.

このように本実施形態によれば、制御部３０は、計測圧力変動パターンと、基準圧力変動パターンとにおいて、圧力調整手段の動作点に対応する領域を外した有効領域を対象として比較を行う。かかる構成によれば、不安定な領域を排除し、安定した有効領域において比較が行われるので、判定精度の向上を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the control unit 30 compares the measured pressure fluctuation pattern and the reference pressure fluctuation pattern for the effective area excluding the area corresponding to the operating point of the pressure adjusting unit. According to such a configuration, an unstable region is excluded and comparison is performed in a stable effective region, so that determination accuracy can be improved.

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図である。第３の実施形態の診断方法が、第２の実施形態のそれと相違する点は、基準圧力変動パターンと、計測された圧力変動パターンとの比較方法である。なお、燃料電池システムおよび診断システムである制御部３０のシステム構成については、第２の実施形態と同様であり、以下相違点を中心に説明を行う。 (Third embodiment)
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the diagnostic concept of the diagnostic method according to the third embodiment of the present invention. The diagnostic method of the third embodiment is different from that of the second embodiment in the comparison method between the reference pressure fluctuation pattern and the measured pressure fluctuation pattern. The system configuration of the control unit 30, which is a fuel cell system and a diagnostic system, is the same as that of the second embodiment, and will be described below focusing on the differences.

図７は、予め設定した第１の判定レベルＴha１と、第２の判定レベルＴha２とが設定されており、計測減圧期間ΔＴａ１は、これらの判定レベルＴha１，Ｔha２と比較される。ここで、第１の判定レベルＴha１は、凍結の程度が低く、システムに与える影響が小さいことを判定するための値である。計測減圧期間ΔＴａ１が、第１の判定レベルＴha１の場合には、圧力センサは正常であると判定して、システムの運転に使用する。一方、第２の判定レベルＴha２は、システムに少なからず影響を及ぼす可能性があるが、運転に制限をかければ、燃料電池システムを起動することが可能であることを判定するための値である。また、第１の判定レベルまたは第２の判定レベルＴha２以外の場合は、燃料電池システムに大きな影響を及ぼす可能性があるため、システムの運転を禁止とする。第１の判定レベルＴha１および第２の判定レベルＴha２は、実験やシミュレーションを通じて、その最適値が予め設定されている。 In FIG. 7, a first determination level Tha1 and a second determination level Tha2 set in advance are set, and the measured decompression period ΔTa1 is compared with these determination levels Tha1 and Tha2. Here, the first determination level Tha1 is a value for determining that the degree of freezing is low and the influence on the system is small. When the measured pressure reduction period ΔTa1 is the first determination level Tha1, the pressure sensor is determined to be normal and used for system operation. On the other hand, the second determination level Tha2 is a value for determining that it is possible to start the fuel cell system if there is a limit to the operation, although there is a possibility that the system will have a considerable influence. . Further, in cases other than the first determination level or the second determination level Tha2, the operation of the system is prohibited because there is a possibility that the fuel cell system may be greatly affected. The optimum values of the first determination level Tha1 and the second determination level Tha2 are set in advance through experiments and simulations.

このように本実施形態によれば、圧力センサの凍結による異常を複数のレベルで判定する。かかる構成によれば、細かいレベルで診断を行うことができるので、診断結果の利便性の向上につながる。 As described above, according to the present embodiment, abnormality due to freezing of the pressure sensor is determined at a plurality of levels. According to such a configuration, since diagnosis can be performed at a fine level, the convenience of the diagnosis result is improved.

また、制御部３０は、圧力センサの凍結による異常を複数のレベルで判定する場合、この判定されたレベルに応じて、システムの運転状況に制限を設定することが好ましい。これにより、システムの効率的な運転を行うことができる。 In addition, when determining the abnormality due to the freezing of the pressure sensor at a plurality of levels, the control unit 30 preferably sets a limit on the operation status of the system according to the determined level. As a result, the system can be operated efficiently.

なお、上述した実施形態では、判定レベルの２段階で設定しているが、さらに細分化して設定してもよい。また、上述した形態では、減圧期間をベースに判定を行っているが、第１の実施形態で記載したように、種々の基準値をベースに、複数のレベルで判定してもよい。例えば、図８に示す例では、基準値として減圧時の減圧速度を複数のレベルで判定している。かかる構成であっても、同様の作用および効果を奏することができる。 In the above-described embodiment, the determination level is set in two stages. However, the determination level may be further divided. In the above-described embodiment, the determination is performed based on the decompression period. However, as described in the first embodiment, the determination may be performed at a plurality of levels based on various reference values. For example, in the example shown in FIG. 8, the decompression speed during decompression is determined at a plurality of levels as the reference value. Even if it is this structure, there can exist the same effect | action and effect.

また、上述した各実施形態では、燃料電池システムに搭載された圧力センサの診断システムにおいて説明したが、本発明はこれに限定されない。圧力検出手段が検出する検出対象の圧力状態を調整する圧力調整手段を有するシステムであれば、本発明の診断を適用することができる。 Moreover, although each embodiment mentioned above demonstrated in the diagnostic system of the pressure sensor mounted in the fuel cell system, this invention is not limited to this. The diagnosis of the present invention can be applied to any system having pressure adjusting means for adjusting the pressure state of the detection target detected by the pressure detecting means.

第１の実施形態にかかる燃料電池システムを概略的に示す構成図1 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell system according to a first embodiment. 第１の実施形態にかかる圧力センサの診断方法の処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence of the diagnostic method of the pressure sensor concerning 1st Embodiment. 圧力変動運転に対応する圧力変動パターンを示す説明図Explanatory drawing showing pressure fluctuation pattern corresponding to pressure fluctuation operation 圧力変動のパターンを示す説明図Explanatory drawing showing the pattern of pressure fluctuation 基準圧力変動パターンの最適化処理の手順を示すフローチャートFlow chart showing the procedure of the optimization process of the reference pressure fluctuation pattern 第２の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図Explanatory drawing which shows the diagnostic concept of the diagnostic method concerning 2nd Embodiment. 第３の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図Explanatory drawing which shows the diagnostic concept of the diagnostic method concerning 3rd Embodiment. 第３の実施形態にかかる診断方法の診断概念を示す説明図Explanatory drawing which shows the diagnostic concept of the diagnostic method concerning 3rd Embodiment.

Explanation of symbols

１燃料電池スタック
２燃料極
３酸化剤極
１０燃料タンク
１１水素調圧バルブ
１２水素循環ポンプ
１３パージバルブ
２０コンプレッサ
２１アフタークーラ
２２加湿装置
２３空気調圧バルブ
３０制御部
３１空気圧力センサ
３２空気温度センサ
３３水素圧力センサ
３４水素温度センサ
３５大気圧センサ
３６外気温センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Fuel electrode 3 Oxidant electrode 10 Fuel tank 11 Hydrogen pressure regulation valve 12 Hydrogen circulation pump 13 Purge valve 20 Compressor 21 After cooler 22 Humidifier 23 Air pressure regulation valve 30 Control part 31 Air pressure sensor 32 Air temperature sensor 33 Hydrogen pressure sensor 34 Hydrogen temperature sensor 35 Atmospheric pressure sensor 36 Outside air temperature sensor

Claims

In the pressure detection means diagnostic system,
Pressure adjusting means for adjusting the pressure state of the detection target detected by the pressure detecting means;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection object by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The determination means compares the elapsed time from the start timing of pressure reduction until the pressure stabilizes to a constant value in the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and the reference pressure fluctuation pattern. .

In the pressure detection means diagnostic system,
Pressure adjusting means for adjusting the pressure state of the detection target detected by the pressure detecting means;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection object by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The determination unit compares the pressure reduction speed at the time of pressure reduction in the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and a reference pressure fluctuation pattern .

In the pressure detection means diagnostic system,
Pressure adjusting means for adjusting the pressure state of the detection target detected by the pressure detecting means;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection object by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The control means, as the pressure fluctuation operation, to reduce the pressure after increasing the pressure state of the detection target,
The determination unit compares the increase width at the time of pressure increase between the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and a reference pressure fluctuation pattern .

In the pressure detection means diagnostic system,
Pressure adjusting means for adjusting the pressure state of the detection target detected by the pressure detecting means;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the detection object by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The control means, as the pressure fluctuation operation, to reduce the pressure after increasing the pressure state of the detection target,
The determination means compares the pressure reduction width at the time of pressure reduction with respect to the pressure increase width at the time of pressure increase in the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and the reference pressure fluctuation pattern. .

The determination means compares the pressure fluctuation pattern measured by the measurement means and a reference pressure fluctuation pattern for an effective area excluding the area corresponding to the operating point of the pressure adjustment means. The diagnostic system according to any one of claims 1 to 4 .

The diagnostic system according to any one of claims 1 to 5, wherein the determination unit determines abnormality due to freezing of the pressure detection unit at a plurality of levels .

In the fuel cell system,
A fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the reaction gas supplied to the reaction electrode; and
A pressure adjusting means for supplying a reaction gas to the reaction electrode of the fuel cell and adjusting a pressure state of the reaction gas in the reaction electrode;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the reaction gas at the reaction electrode;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the reaction gas in the reaction electrode by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The determination means compares the elapsed time from the start timing of pressure reduction until the pressure stabilizes to a constant value in the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and the reference pressure fluctuation pattern. system.

In the fuel cell system,
A fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the reaction gas supplied to the reaction electrode; and
A pressure adjusting means for supplying a reaction gas to the reaction electrode of the fuel cell and adjusting a pressure state of the reaction gas in the reaction electrode;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the reaction gas at the reaction electrode;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the reaction gas in the reaction electrode by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination means compares the pressure reduction speed during pressure reduction between the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and a reference pressure fluctuation pattern.

In the fuel cell system,
A fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the reaction gas supplied to the reaction electrode; and
A pressure adjusting means for supplying a reaction gas to the reaction electrode of the fuel cell and adjusting a pressure state of the reaction gas in the reaction electrode;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the reaction gas at the reaction electrode;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the reaction gas in the reaction electrode by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The control means, as the pressure fluctuation operation, to reduce the pressure after increasing the pressure state of the detection target,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination unit compares an increase width when the pressure increases between the pressure variation pattern measured by the measurement unit and a reference pressure variation pattern.

In the fuel cell system,
A fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the reaction gas supplied to the reaction electrode; and
A pressure adjusting means for supplying a reaction gas to the reaction electrode of the fuel cell and adjusting a pressure state of the reaction gas in the reaction electrode;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the reaction gas at the reaction electrode;
Control means for performing a pressure fluctuation operation for reducing the pressure state of the reaction gas in the reaction electrode by controlling the pressure adjusting means according to a prescribed control pattern;
Measuring means for measuring a change in pressure detected by the pressure detecting means corresponding to the pressure fluctuation operation as a pressure fluctuation pattern;
A determination unit that determines an abnormality caused by freezing of the pressure detection unit by comparing the pressure variation pattern measured by the measurement unit with a preset reference pressure variation pattern that indicates a reference value of the pressure variation pattern; Have
The control means, as the pressure fluctuation operation, to reduce the pressure after increasing the pressure state of the detection target,
The determination means compares the pressure reduction width at the time of pressure reduction with respect to the pressure increase width at the time of pressure increase in the pressure fluctuation pattern measured by the measuring means and the reference pressure fluctuation pattern. system.

11. The determination unit according to claim 7, wherein the determination unit determines abnormality due to freezing of the pressure detection unit at a plurality of levels, and sets a limit on an operation state of the system according to the determined level. The fuel cell system described in any one of the above .