JP5804751B2 - High pressure gas supply system - Google Patents

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Description

本発明は、低温環境に対応した高圧ガス供給システムに関する。   The present invention relates to a high-pressure gas supply system corresponding to a low temperature environment.

高圧の燃料タンクを備えた高圧ガス供給システムでは、燃料タンクから燃料消費機器(エンジン、燃料電池など)に減圧弁で減圧した燃料を供給する燃料供給装置を備えたものが種々提案されている。このようなシステムでは、例えば、燃料供給装置において燃料の調圧機能に不具合が発生した場合、燃料遮断弁を駆動して高圧ガス流路を遮断する技術が提案されている(特許文献1参照)。また、低温環境下において、燃料タンク内のガス温度がシステム保証温度よりも低下すると、弁のシール部の機能が損なわれるおそれがあるため、燃料タンクから放出される燃料の温度に基づいて燃料消費機器から取り出す出力を制限する技術が提案されている(特許文献2参照)。   Various high-pressure gas supply systems including a high-pressure fuel tank have been proposed that include a fuel supply device that supplies fuel decompressed by a pressure reducing valve from a fuel tank to a fuel consuming device (engine, fuel cell, etc.). In such a system, for example, when a malfunction occurs in the fuel pressure adjustment function in the fuel supply device, a technique for driving the fuel cutoff valve to shut off the high-pressure gas flow path has been proposed (see Patent Document 1). . Also, if the gas temperature in the fuel tank falls below the system guarantee temperature in a low temperature environment, the function of the valve seal may be impaired, so the fuel consumption is based on the temperature of the fuel released from the fuel tank. A technique for limiting the output taken out from the device has been proposed (see Patent Document 2).

特開昭63−41651号公報JP 63-41651 A 特開2006−344492号公報JP 2006-344492 A

しかしながら、従来の高圧ガス供給システムでは、タンク圧力が充填圧力よりも低い圧力領域において、燃料消費機器を高負荷で連続運転した場合、弁の性能保証温度よりも高い温度領域に出力制限開始温度が設定されているため、ガス温度(燃料温度)が弁の性能保証温度に到達(低下)しない状況であっても出力を制限する制御が働き、必要以上に出力を制限してしまうという問題があった。   However, in the conventional high-pressure gas supply system, when the fuel consuming equipment is continuously operated at a high load in a pressure region where the tank pressure is lower than the filling pressure, the output limit start temperature is higher than the valve performance guarantee temperature. Therefore, even if the gas temperature (fuel temperature) does not reach (decrease) the performance guarantee temperature of the valve, the control to limit the output works and the output is limited more than necessary. It was.

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、必要以上に出力を制限するのを防止できる高圧ガス供給システムを提供することを課題とする。   This invention solves the said conventional problem, and makes it a subject to provide the high pressure gas supply system which can prevent restrict | limiting an output more than necessary.

本発明は、内部に蓄積した燃料を燃料電池に供給する燃料タンクと、前記燃料タンク内の燃料を前記燃料電池に供給する供給装置と、前記燃料電池で消費される燃料の燃料消費量を制御する燃料消費量制御手段と、前記燃料タンクから放出される燃料の燃料温度を検知する燃料温度検知手段と、前記燃料タンクが置かれている環境温度を検知する環境温度検知手段と、前記燃料タンク内のタンク圧力を検知するタンク圧検知手段と、を備え、記タンク圧力と前記燃料電池が最大負荷で連続運転したときの最大燃料温度低下値との関係を前記環境温度毎に定め、前記燃料消費量制御手段は、検知された前記燃料温度に基づいて前記燃料消費量を制限する際、前記環境温度および前記タンク圧力から定められる前記最大燃料温度低下値と前記燃料温度との和が前記供給装置の性能保証温度よりも高い場合に前記制限を緩和することを特徴とする。 The present invention controls a fuel tank that supplies fuel accumulated therein to a fuel cell, a supply device that supplies fuel in the fuel tank to the fuel cell, and a fuel consumption amount of fuel consumed in the fuel cell. Fuel consumption control means, fuel temperature detection means for detecting the fuel temperature of the fuel discharged from the fuel tank, environmental temperature detection means for detecting the environmental temperature in which the fuel tank is placed, and the fuel tank comprising a tank pressure detecting means for detecting a tank pressure of the inner, and defines the relationship between the maximum fuel temperature decrease value when the fuel cell with the previous SL tank pressure is continuously operated at full load for each of the environmental temperature, the fuel consumption control means, when limiting the fuel consumption on the basis of the detected said fuel temperature, before Symbol ambient temperature and the said maximum fuel temperature decrease value determined from the tank pressure fuel Wherein the sum of the temperature relaxes the restriction is higher than the performance guarantee temperature of the supply device.

これによれば、タンク圧力が低い(残燃料が少ない)場合には、温度低下が少ないと考えられることを利用し、制限を緩和することで、燃料消費量(燃料電池の出力など)を必要以上に制限するのを防止できる。なお、「制限を緩和する」とは、「制限を無くす(制限を行わない)」ことも含む趣旨である。
また、現在の燃料電池の温度と燃料温度低下値との和が、供給装置の性能保証温度よりも高い場合には、前記和が性能保証温度に達することはないと判定できるので、制限を緩和することができる。逆に、前記和が性能保証温度以下の場合には、前記和が性能保証温度に達すると判定できるので、制限を緩和することなく、燃料消費量を制限する制御を行う。よって、燃料消費量の制限を緩和する必要があるか否かを精度よく判定できる。
また、環境温度が高いかまたは低いかに応じてタンク圧力と燃料温度低下値との関係が変化するので、環境温度毎に、タンク圧力と燃料温度低下値との関係を定めておき、燃料消費量制御手段は、環境温度毎に定めたタンク圧力と燃料温度低下値との関係に基づいて燃料消費量の制限を緩和する必要があるか否かをさらに精度よく判定できる。
According to this, when the tank pressure is low (remaining fuel is low), the fuel consumption (output of the fuel cell, etc.) is required by using the fact that the temperature drop is considered to be small and relaxing the restriction. It can prevent restricting to the above. Note that “relaxing the restriction” includes “removing the restriction (no restriction)”.
In addition, if the sum of the current fuel cell temperature and the fuel temperature drop value is higher than the guaranteed performance temperature of the supply device, it can be determined that the sum will not reach the guaranteed performance temperature, so the restriction is relaxed. can do. On the contrary, when the sum is equal to or lower than the performance guarantee temperature, it can be determined that the sum reaches the performance guarantee temperature. Therefore, control for limiting the fuel consumption is performed without relaxing the restriction. Therefore, it can be accurately determined whether or not the restriction on the fuel consumption needs to be relaxed.
Also, since the relationship between the tank pressure and the fuel temperature drop value changes depending on whether the environment temperature is high or low, the relationship between the tank pressure and the fuel temperature drop value is determined for each environmental temperature, and the fuel consumption The control means can determine more accurately whether or not the restriction on the fuel consumption needs to be relaxed based on the relationship between the tank pressure determined for each environmental temperature and the fuel temperature drop value.

また、前記燃料消費量制御手段は、前記燃料電池の出力を制限することを特徴とする。   The fuel consumption control means limits the output of the fuel cell.

これによれば、燃料消費量制御手段が、燃料電池の出力を制限することで、燃料タンクからの燃料の放出量を抑えることができるので、燃料温度が急激に低下するのを防止して、供給装置での不具合(例えば、弁のシール機能低下)を防止することできる。   According to this, the fuel consumption control means can limit the output of the fuel cell, so that the amount of fuel released from the fuel tank can be suppressed. Problems in the supply device (for example, a decrease in the sealing function of the valve) can be prevented.

また、前記燃料消費量制御手段は、前記燃料電池への燃料の供給量を制限することを特徴とする。   The fuel consumption control means limits the amount of fuel supplied to the fuel cell.

これによれば、燃料消費量制御手段は、燃料電池への燃料の供給量を制限することで、燃料タンクからの燃料の放出量を抑えることができるので、燃料温度が急激に低下するのを防止して、供給装置での不具合(例えば、弁のシール機能低下)を防止することができる。   According to this, the fuel consumption control means can suppress the amount of fuel released from the fuel tank by limiting the amount of fuel supplied to the fuel cell, so that the fuel temperature can be reduced rapidly. It is possible to prevent problems in the supply device (for example, a decrease in the sealing function of the valve).

本発明によれば、必要以上に出力を制限するのを防止できる高圧ガス供給システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high pressure gas supply system which can prevent restrict | limiting an output more than necessary can be provided.

本実施形態に係る高圧ガス供給システムを示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the high-pressure gas supply system concerning this embodiment. 第1実施形態に係る高圧ガス供給システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the high pressure gas supply system which concerns on 1st Embodiment. タンク圧力と温度低下量との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between a tank pressure and a temperature fall amount. ガス温度と燃料電池の出力との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between gas temperature and the output of a fuel cell. (a)は本実施形態に係るタイムチャート、(b)は比較例に係るタイムチャートである。(A) is a time chart which concerns on this embodiment, (b) is a time chart which concerns on a comparative example. 高圧ガス供給システムの動作の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the modification of operation | movement of a high pressure gas supply system. ガス温度とガス供給量との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between gas temperature and gas supply amount.

以下、本実施形態に係る高圧ガス供給システム1について、図1ないし図7を参照して説明する。なお、以下では、高圧ガス供給システム1を燃料電池自動車に適用した車両用高圧ガス供給システム1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、船舶用や航空機用などの高圧ガス供給システム、または家庭用や業務用などの定置式の高圧ガス供給システムであってもよい。   Hereinafter, the high-pressure gas supply system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7. In the following description, the high-pressure gas supply system 1 for a vehicle in which the high-pressure gas supply system 1 is applied to a fuel cell vehicle will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and is not limited to this. It may be a gas supply system or a stationary high-pressure gas supply system for home use or business use.

図1に示すように、高圧ガス供給システム1は、燃料電池システムF1に適用されるものであり、水素タンク10(燃料タンク)と、この水素タンク10内の水素ガス(燃料)を燃料電池11に供給する供給装置20と、ECU(Electronic Control Unit)50と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the high-pressure gas supply system 1 is applied to a fuel cell system F1. A hydrogen tank 10 (fuel tank) and hydrogen gas (fuel) in the hydrogen tank 10 are supplied to a fuel cell 11. Supply device 20 and ECU (Electronic Control Unit) 50 are provided.

水素タンク10は、燃料としての高純度の水素が高圧(例えば、35MPa)で充填された容器である。また、水素タンク10には、タンク内の水素の温度を検出する、サーミスタなどで構成されたガス温度センサ41(燃料温度検知手段)、タンク内の水素の圧力を検知する圧力センサ42(タンク圧検知手段)がそれぞれ設けられている。   The hydrogen tank 10 is a container filled with high-purity hydrogen as a fuel at a high pressure (for example, 35 MPa). Further, the hydrogen tank 10 includes a gas temperature sensor 41 (fuel temperature detecting means) configured by a thermistor for detecting the temperature of hydrogen in the tank, and a pressure sensor 42 (tank pressure) for detecting the pressure of hydrogen in the tank. Detection means) are provided.

例えば、水素タンク10は、アルミニウム合金により形成され、その内部に水素ガスを高圧で貯留するライナー(図示せず)を有し、そのライナーの周囲を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)等で形成された補強層(図示せず)で覆って構成されている。   For example, the hydrogen tank 10 is formed of an aluminum alloy and has a liner (not shown) for storing hydrogen gas at a high pressure therein, and the periphery of the liner is CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic). Or a reinforced layer (not shown) formed of GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) or the like.

燃料電池11は、複数の固体高分子型の単セル(不図示)が積層されることで構成された燃料電池スタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、このMEAを挟む導電性を有するアノードセパレータ(不図示)及びカソードセパレータ(不図示)と、を備えている。   The fuel cell 11 is a fuel cell stack configured by stacking a plurality of solid polymer type single cells (not shown), and the plurality of single cells are electrically connected in series. The single cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly), and a conductive anode separator (not shown) and a cathode separator (not shown) sandwiching the MEA.

MEAは、1価の陽イオン交換膜(例えばパーフルオロスルホン酸型)からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒(Pt、Ru等)を含んでいる。   The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane (for example, perfluorosulfonic acid type), and an anode and a cathode sandwiching the electrolyte membrane. The anode and cathode are mainly composed of a conductive porous material such as carbon paper, and contain a catalyst (Pt, Ru, etc.) for causing an electrode reaction in the anode and cathode.

アノードセパレータには、各MEAのアノードに対して水素を給排するための溝などで形成されたアノード流路12が形成されている。カソードセパレータには、各MEAのカソードに対して空気を給排するための溝などで形成されたカソード流路13が形成されている。   The anode separator 12 is formed with an anode flow path 12 formed of a groove for supplying and discharging hydrogen to and from the anode of each MEA. The cathode separator is formed with a cathode channel 13 formed by a groove for supplying and discharging air to and from the cathode of each MEA.

そして、アノード流路12を介して各アノードに水素が供給されるとともに、カソード流路13を介して各カソードに空気(酸素)が供給されると、各単セルで電位差(OCV(Open Circuit Voltage)、開回路電圧)が発生するようになっている。次いで、燃料電池11と走行モータ(燃料電池自動車の動力源)62等の外部負荷とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池11が発電するようになっている。   When hydrogen is supplied to each anode through the anode flow channel 12 and air (oxygen) is supplied to each cathode through the cathode flow channel 13, a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage) is generated in each single cell. ), Open circuit voltage). Next, when the fuel cell 11 and an external load such as a travel motor (power source of a fuel cell vehicle) 62 are electrically connected and a current is taken out, the fuel cell 11 generates power.

供給装置20は、燃料電池システムF1のアノード系の水素供給ラインに設けられるものであり、上流側から順に、常閉型の第1遮断弁21、配管a1、第1減圧弁22、配管a2、リリーフ弁23、配管a3、常閉型の第2遮断弁24、配管a4、第2減圧弁25、配管a5、エゼクタ26および配管a6を備えている。   The supply device 20 is provided in the anode hydrogen supply line of the fuel cell system F1, and in order from the upstream side, the normally closed first shut-off valve 21, the pipe a1, the first pressure reducing valve 22, the pipe a2, A relief valve 23, a pipe a3, a normally closed second shutoff valve 24, a pipe a4, a second pressure reducing valve 25, a pipe a5, an ejector 26, and a pipe a6 are provided.

第1遮断弁21は、例えば、水素タンク10と一体に設けられたインタンク電磁弁であり、ECU50の制御によって開閉される。   The first shut-off valve 21 is, for example, an in-tank electromagnetic valve provided integrally with the hydrogen tank 10 and is opened and closed under the control of the ECU 50.

第1減圧弁22は、水素タンク10から供給される高圧の水素を所定の圧力値(中圧)に減圧するものである。   The first pressure reducing valve 22 is for reducing the high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 10 to a predetermined pressure value (intermediate pressure).

リリーフ弁23は、第1減圧弁22と第2減圧弁25との間の配管a2,a3,a4の圧力が、第1減圧弁22によって減圧された圧力に対して所定圧力を超えたときに開くようになっている。なお、リリーフ弁23は、機械的に開弁するものであっても、電気的な信号によって開弁するものであってもよい。   The relief valve 23 is used when the pressure of the pipes a2, a3, a4 between the first pressure reducing valve 22 and the second pressure reducing valve 25 exceeds a predetermined pressure with respect to the pressure reduced by the first pressure reducing valve 22. It is supposed to open. The relief valve 23 may be mechanically opened or may be opened by an electrical signal.

第2遮断弁24は、ECU50の制御によって開弁されることにより、第1減圧弁22で減圧された水素を第2減圧弁25に供給する。   The second shutoff valve 24 is opened under the control of the ECU 50, thereby supplying hydrogen decompressed by the first pressure reducing valve 22 to the second pressure reducing valve 25.

第2減圧弁25は、第1減圧弁22で減圧された水素の圧力を、エゼクタ26を介して燃料電池11に供給される水素の圧力が適切な圧力(低圧)となるように減圧する。なお、この第2減圧弁25は、例えば、後記するコンプレッサ30からカソード流路13に向かう空気の圧力が信号圧(パイロット圧)として入力され、入力された空気の圧力に基づいて水素の圧力を制御するようになっている。また、第2減圧弁25は、電気的な信号によって減圧するものであってもよい。   The second pressure reducing valve 25 reduces the pressure of the hydrogen reduced by the first pressure reducing valve 22 so that the pressure of the hydrogen supplied to the fuel cell 11 via the ejector 26 becomes an appropriate pressure (low pressure). In the second pressure reducing valve 25, for example, the pressure of air from the compressor 30 described later to the cathode flow path 13 is input as a signal pressure (pilot pressure), and the pressure of hydrogen is set based on the input air pressure. It comes to control. Further, the second pressure reducing valve 25 may be a pressure reducing device by an electrical signal.

エゼクタ26は、燃料電池11のアノード流路12から排出された未反応の水素を、配管a7を介して燃料電池11のアノード流路12に戻す真空ポンプの一種である。また、エゼクタ26は、図示していないが、金属製の筐体を有し、筐体内に、水素を噴射するノズル、このノズルに挿通されてノズルの開口径を変更するニードル、このニードルを駆動させるソレノイドを有する駆動部などが収容されて構成されている。   The ejector 26 is a type of vacuum pump that returns unreacted hydrogen discharged from the anode flow path 12 of the fuel cell 11 to the anode flow path 12 of the fuel cell 11 via the pipe a7. Although not shown, the ejector 26 has a metal housing, a nozzle that injects hydrogen into the housing, a needle that is inserted through the nozzle and changes the opening diameter of the nozzle, and drives the needle A drive unit having a solenoid to be operated is accommodated.

なお、アノード流路12の出口に接続された配管a7には配管8が分岐して接続され、この配管a8にパージ弁27が設けられている。パージ弁27は、例えば、ECU50の制御によって開弁されることにより、燃料電池11の発電時において水素循環流路(アノード流路12、配管a6,a7)を循環する水素に同伴する不純物(水蒸気、窒素等)を排出するように構成されている。なお、パージ弁27を開弁して不純物を排出するタイミングとしては、例えば、燃料電池11の単セルの電圧を検出するセル電圧モニタ(不図示)から入力される最低セル電圧が所定セル電圧以下となったときである。また、パージ弁27は、ECU50によって定期的(所定時間経過毎)に開弁されるようにしてもよい。   A pipe 8 is branched and connected to the pipe a7 connected to the outlet of the anode flow path 12, and a purge valve 27 is provided in the pipe a8. The purge valve 27 is opened under the control of the ECU 50, for example, so that impurities (water vapor) accompanying hydrogen circulating in the hydrogen circulation passage (anode passage 12, pipes a6, a7) when the fuel cell 11 generates power. , Nitrogen, etc.). As the timing for opening the purge valve 27 and discharging impurities, for example, the minimum cell voltage input from a cell voltage monitor (not shown) for detecting the voltage of a single cell of the fuel cell 11 is equal to or lower than a predetermined cell voltage. It is time to become. The purge valve 27 may be opened regularly (every predetermined time) by the ECU 50.

また、燃料電池システムF1のカソード系は、コンプレッサ30、図示しない加湿器、背圧弁、希釈器などを備えている。   The cathode system of the fuel cell system F1 includes a compressor 30, a humidifier (not shown), a back pressure valve, a diluter, and the like.

コンプレッサ30は、モータで駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、配管b1を介してカソード流路13の入口に接続されている。ECU50の制御によってコンプレッサ30が駆動されると、車外から取り込まれた空気がカソード流路13に供給されるようになっている。コンプレッサ30のモータの回転速度は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するように、高められる設定となっている。このように、コンプレッサ30の回転速度が高くなると、燃料電池11で消費される水素の消費量が増加する。   The compressor 30 is composed of a supercharger or the like driven by a motor, and is connected to the inlet of the cathode channel 13 via a pipe b1. When the compressor 30 is driven by the control of the ECU 50, the air taken from the outside of the vehicle is supplied to the cathode flow path 13. The rotation speed of the motor of the compressor 30 is set to be increased so that air is supplied at a large flow rate and a high pressure when the amount of depression (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown) increases. Thus, when the rotation speed of the compressor 30 increases, the amount of hydrogen consumed in the fuel cell 11 increases.

加湿器は、水分交換可能な複数の中空糸膜を備えており、中空糸膜を介して、燃料電池11に供給される空気と、カソード流路13から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換されて、燃料電池11に供給される空気が加湿されるように構成されている。   The humidifier includes a plurality of hollow fiber membranes capable of exchanging moisture. Between the air supplied to the fuel cell 11 via the hollow fiber membranes and the humid cathode off-gas discharged from the cathode channel 13. Thus, the air is exchanged and the air supplied to the fuel cell 11 is humidified.

背圧弁は、バタフライ弁などで構成された開度調整可能な常開型の弁で構成され、配管b2に設けられている。例えば、背圧弁の開度は、アクセルペダルの踏み込み量が大きくなると、ECU50によって、空気を高圧で供給するために、小さくなる(絞る)ように制御される。   The back pressure valve is constituted by a normally open type valve that can be adjusted in opening degree, such as a butterfly valve, and is provided in the pipe b2. For example, the opening degree of the back pressure valve is controlled to be reduced (squeezed) by the ECU 50 to supply air at a high pressure when the accelerator pedal is depressed.

希釈器は、背圧弁の下流の配管b2に設けられており、パージ弁27から配管a8を介して排出されたアノードオフガスが導入され、このアノードオフガス中の水素をカソードオフガスで希釈した後、車外に排出するように構成されている。   The diluter is provided in the pipe b2 downstream of the back pressure valve. The anode offgas discharged from the purge valve 27 through the pipe a8 is introduced, and after hydrogen in the anode offgas is diluted with the cathode offgas, It is configured to discharge.

また、燃料電池システムF1は、電力消費系として、VCU(Voltage Control Unit:電圧制御装置)61、走行モータ62、高圧バッテリ63などを備えている。   The fuel cell system F1 includes a VCU (Voltage Control Unit) 61, a travel motor 62, a high voltage battery 63, and the like as a power consumption system.

VCU61は、ECU50から出力される発電指令に基づいて、燃料電池11の発電電力(発電電流)を制御(制限)する機能を有している。すなわち、VCU61に対して発電電力を大きくする指令がECU50から入力された場合には、水素タンク10から放出される水素量が増加し、逆にVCU61に対して発電電力を小さくする指令がECU50から入力された場合には、水素タンク10から放出される水素量が減少する。なお、本実施形態では、ECU50とVCU61とで、燃料消費量制御手段が構成されている。   The VCU 61 has a function of controlling (limiting) the generated power (generated current) of the fuel cell 11 based on the power generation command output from the ECU 50. That is, when a command for increasing the generated power to the VCU 61 is input from the ECU 50, the amount of hydrogen released from the hydrogen tank 10 increases, and conversely, a command for decreasing the generated power to the VCU 61 is issued from the ECU 50. When input, the amount of hydrogen released from the hydrogen tank 10 decreases. In the present embodiment, the ECU 50 and the VCU 61 constitute fuel consumption control means.

走行モータ62は、永久磁石式の3相交流同期モータなどで構成され、燃料電池自動車の動力源となるものであり、図示しないPDU(Power Drive Unit)を介してVCU61と接続されている。   The travel motor 62 is constituted by a permanent magnet type three-phase AC synchronous motor or the like and serves as a power source for the fuel cell vehicle, and is connected to the VCU 61 via a PDU (Power Drive Unit) (not shown).

高圧バッテリ63は、リチウムイオン電池などの充放電可能な種類の電池で構成され、VCU61によって充放電が制御される。高圧バッテリ63は、車両の急加速時などに燃料電池11からの電力をアシストして走行モータ62に供給し、また、燃料電池システムF1の起動時の電力(コンプレッサ30など)等に使用される。   The high voltage battery 63 is composed of a chargeable / dischargeable battery such as a lithium ion battery, and charging / discharging is controlled by the VCU 61. The high voltage battery 63 assists the electric power from the fuel cell 11 when the vehicle suddenly accelerates and supplies it to the traveling motor 62, and is used for the electric power (such as the compressor 30) when the fuel cell system F1 is started. .

イグニッションスイッチ(IG)64は、燃料電池システムF1(燃料電池自動車)の起動スイッチであり、ONされることにより、燃料電池11の発電が開始され、OFFされることにより、燃料電池11の発電が停止される。   The ignition switch (IG) 64 is a start switch of the fuel cell system F1 (fuel cell vehicle). When it is turned on, power generation of the fuel cell 11 is started, and when it is turned off, power generation of the fuel cell 11 is performed. Stopped.

ECU50は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。また、ECU50は、温度センサ41によって検出された水素タンク10内の温度T1(燃料温度)、圧力センサ42によって検出された水素タンク10内の圧力P(タンク圧力)、外気温度センサ43(環境温度検知手段)によって検出された外気温度T2(環境温度)を取得する。なお、外気温度センサ43は、水素タンク10が置かれている周囲の温度を検出するものであり、例えば水素タンク10の周辺近傍(車外)に配置されている。   The ECU 50 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), various interfaces, an electronic circuit, and the like. The ECU 50 also detects the temperature T1 (fuel temperature) in the hydrogen tank 10 detected by the temperature sensor 41, the pressure P (tank pressure) in the hydrogen tank 10 detected by the pressure sensor 42, and the outside air temperature sensor 43 (environment temperature). The outside air temperature T2 (environment temperature) detected by the detecting means) is acquired. The outside air temperature sensor 43 detects the temperature around the hydrogen tank 10 and is disposed, for example, in the vicinity of the hydrogen tank 10 (outside the vehicle).

また、ECU50は、検出された水素タンク10内のガス温度(燃料温度)T1に基づいて燃料電池11で消費される水素の消費量(燃料消費量)を制限する機能を有している。ここで、水素の消費量を制限する場合、上述のガス温度に加え、検出されたタンク圧力によって求められる温度低下量(燃料温度低下値)を用いて、前記制限を緩和するか否かを決定する。   The ECU 50 has a function of limiting the amount of hydrogen consumed (fuel consumption) consumed by the fuel cell 11 based on the detected gas temperature (fuel temperature) T1 in the hydrogen tank 10. Here, when limiting the consumption of hydrogen, in addition to the above gas temperature, a temperature decrease amount (fuel temperature decrease value) determined by the detected tank pressure is used to determine whether or not to relax the limit. To do.

なお、温度低下量とは、例えば、車両(燃料電池自動車)が保証する外気温度(車両保証温度、例えばマイナス20℃)にて最大負荷で連続運転(連続走行)したときの温度低下量(最大値)を意味している。このような温度低下量をタンク圧力毎に定めたものが、後記する図3に示すマップである。   The temperature decrease amount is, for example, a temperature decrease amount (maximum) when the vehicle (fuel cell vehicle) is continuously operated (continuous running) at a maximum load at an outside air temperature (vehicle guaranteed temperature, for example, minus 20 ° C.) guaranteed. Value). A map in which such a temperature decrease amount is determined for each tank pressure is shown in FIG.

ECU50は、例えば、ガス温度(燃料温度)と温度低下量(燃料温度低下値)との和が、供給装置20の性能保証温度よりも高い場合に前記した制限を緩和するように構成されている。なお、供給装置20の性能保証温度とは、本実施形態では、例えば、第1遮断弁21の性能保証温度、換言すると第1遮断弁21のシール部の保証温度(性能保証温度)である。このように、現在のガス温度と、温度低下量との和が、第1遮断弁21の性能保証温度よりも高い場合には、ガス温度が性能保証温度を下回ることがないので、水素の消費量の制限を緩和することができる。   For example, the ECU 50 is configured to relax the above-described restriction when the sum of the gas temperature (fuel temperature) and the temperature decrease amount (fuel temperature decrease value) is higher than the performance guarantee temperature of the supply device 20. . In this embodiment, the guaranteed performance temperature of the supply device 20 is, for example, the guaranteed performance temperature of the first shut-off valve 21, in other words, the guaranteed temperature (performance guaranteed temperature) of the seal portion of the first shut-off valve 21. As described above, when the sum of the current gas temperature and the temperature drop amount is higher than the performance guarantee temperature of the first shut-off valve 21, the gas temperature does not fall below the performance guarantee temperature. The amount limit can be relaxed.

なお、制限の緩和とは、制限しない(制限を無くす)ことを含む趣旨であり、つまり最大負荷で運転している場合にはそのまま最大負荷での運転(走行)を継続するように制御される場合がある。また、制限の緩和とは、制限しないことに限定されず、文字通り制限を緩めるように(制限の度合が小さくなるように)制御することも含む。したがって、本実施形態では、「制限を緩和する」とは、制限を緩和する場合だけではなく、制限を無くす場合(制限しない場合)も含むことを意味している。   In addition, the relaxation of the restriction is intended to include no restriction (eliminating the restriction), that is, when driving at the maximum load, control is performed so as to continue the driving (running) at the maximum load. There is a case. Further, the relaxation of the restriction is not limited to not restricting, but also includes controlling to literally relax the restriction (so that the degree of restriction becomes small). Therefore, in the present embodiment, “relaxing the restriction” means not only the case where the restriction is relaxed but also the case where the restriction is removed (when the restriction is not restricted).

次に、本実施形態に係る高圧ガス供給システム1を含む燃料電池システムF1の動作について図2ないし図5を参照(適宜、図1を参照)して説明する。   Next, the operation of the fuel cell system F1 including the high-pressure gas supply system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 5 (refer to FIG. 1 as appropriate).

ECU50は、燃料電池システムF1のIG64からのON信号を検知すると、第1遮断弁21および第2遮断弁24をそれぞれ開弁し、またコンプレッサ30を駆動する。これにより水素タンク10から燃料電池11のアノードに水素が供給され、また燃料電池11のカソードに空気(酸素)が供給され、燃料電池11が発電を開始するようになっている。なお、水素タンク10から水素が放出されることにより、水素タンク10内の温度が低下し、また第1遮断弁21の温度も低下する。   When the ECU 50 detects an ON signal from the IG 64 of the fuel cell system F1, the ECU 50 opens the first cutoff valve 21 and the second cutoff valve 24, and drives the compressor 30. As a result, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 10 to the anode of the fuel cell 11, and air (oxygen) is supplied to the cathode of the fuel cell 11, so that the fuel cell 11 starts power generation. Note that when the hydrogen is released from the hydrogen tank 10, the temperature in the hydrogen tank 10 decreases, and the temperature of the first cutoff valve 21 also decreases.

ステップS101において、ECU50は、ガス温度センサ41により検出された水素タンク10内のガス温度(燃料温度)T1を取得する。   In step S101, the ECU 50 acquires the gas temperature (fuel temperature) T1 in the hydrogen tank 10 detected by the gas temperature sensor 41.

そして、ステップS102に進み、ECU50は、ステップS101により取得したガス温度T1が所定値以下であるか否かを判定する。なお、所定値とは、燃料電池11の発電電力の出力制限を開始する必要があるか否かを判定する閾値(出力制限開始温度A)であり、例えば第1遮断弁21の性能保証温度B(例えば、マイナス40℃)よりも高いマイナス35℃に設定される。   And it progresses to step S102 and ECU50 determines whether the gas temperature T1 acquired by step S101 is below a predetermined value. The predetermined value is a threshold value (output limit start temperature A) for determining whether or not it is necessary to start the output limit of the generated power of the fuel cell 11, and for example, the performance guarantee temperature B of the first shutoff valve 21 It is set to minus 35 ° C. higher than (eg minus 40 ° C.).

ステップS102において、ECU50は、ガス温度T1が所定値以下であると判定した場合には(Yes)、燃料電池11の出力制限を開始する必要があると判定して、ステップS103に進む。   In step S102, if the ECU 50 determines that the gas temperature T1 is equal to or lower than the predetermined value (Yes), it determines that it is necessary to start the output limitation of the fuel cell 11, and proceeds to step S103.

ステップS103において、ECU50は、外気温度センサ43により検出された外気温度(環境温度)T2を取得し、さらに圧力センサ42により検出されたタンク圧力Pを取得する。   In step S103, the ECU 50 acquires the outside air temperature (environment temperature) T2 detected by the outside air temperature sensor 43, and further acquires the tank pressure P detected by the pressure sensor 42.

ステップS104に進み、ECU50は、ステップS101で取得したガス温度T1、ステップS103で取得したタンク圧力Pおよび外気温度T2に基づいて推定される最低温度を決定し、この決定された最低温度が第1遮断弁21の性能保証温度B(シール保証最低温度)以下であるか否かを判定する。すなわち、外気温度T2毎(環境温度毎)に求められたタンク圧力Pと温度低下量ΔTとの関係を示す図3のマップに基づいて、温度低下量ΔTを算出し、算出された温度低下量ΔTと現在のガス温度T1との和が最低温度として決定(推定)される。   Proceeding to step S104, the ECU 50 determines a minimum temperature estimated based on the gas temperature T1 acquired in step S101, the tank pressure P acquired in step S103, and the outside air temperature T2, and the determined minimum temperature is the first temperature. It is determined whether or not the temperature is below the performance guarantee temperature B (seal guarantee minimum temperature) of the shut-off valve 21. That is, the temperature decrease amount ΔT is calculated based on the map of FIG. 3 showing the relationship between the tank pressure P and the temperature decrease amount ΔT obtained for each outside air temperature T2 (for each environmental temperature), and the calculated temperature decrease amount The sum of ΔT and the current gas temperature T1 is determined (estimated) as the minimum temperature.

図3のマップは、タンク圧力Pが低くなるにつれて温度低下量ΔTが低くなるように関係づけられたものであり、このように関係づけられたマップが外気温度T2毎に求められてECU50に記憶されている。すなわち、タンク圧力Pが高い場合(例えば、35MPa)の水素タンク10と、タンク圧力Pが低い場合(例えば、10MPa)の水素タンク10の場合において、それぞれ同じ条件で第1遮断弁21を介して水素が放出されていると仮定すると、断熱膨張は圧力に比例することにより、タンク圧力Pが低い場合の方が、タンク圧力Pが高い場合よりも圧力差が小さくなるので、温度低下量ΔTも少なくなることによる。また、マップは、同一のタンク圧力Pにおいて、外気温度T2が高くなるにつれて温度低下量ΔTが少なくなるように、外気温度T2が低くなるにつれて温度低下量ΔTが多くなるように設定される。   The map of FIG. 3 is related so that the temperature decrease amount ΔT decreases as the tank pressure P decreases, and the map related in this way is obtained for each outside air temperature T2 and stored in the ECU 50. Has been. That is, in the case of the hydrogen tank 10 when the tank pressure P is high (for example, 35 MPa) and the case of the hydrogen tank 10 when the tank pressure P is low (for example, 10 MPa), respectively, through the first shut-off valve 21 under the same conditions. Assuming that hydrogen is released, since the adiabatic expansion is proportional to the pressure, the pressure difference is smaller when the tank pressure P is lower than when the tank pressure P is high. By becoming less. Further, the map is set so that, at the same tank pressure P, the temperature decrease amount ΔT decreases as the outside air temperature T2 increases, and the temperature decrease amount ΔT increases as the outside air temperature T2 decreases.

また、ステップS104において、ECU50は、最低温度が第1遮断弁21の性能保証温度B以下であると判定した場合には(Yes)、ステップS105に進む。   In step S104, when the ECU 50 determines that the minimum temperature is equal to or lower than the performance guarantee temperature B of the first cutoff valve 21 (Yes), the ECU 50 proceeds to step S105.

ステップS105において、ECU50は、図4に示す出力制限マップ(実線部分)に基づいて燃料電池11の出力を制限するように制御する。なお、図4に示すマップは、ガス温度と燃料電池(FC:Fuel Cell)11の出力(FC出力、燃料消費量)との関係を示すものであり、例えば、出力制限開始温度(所定値)Aをマイナス35℃とし、性能保証温度(シール保証最低温度)Bをマイナス40℃とした場合、ガス温度が低くなるにつれて、燃料電池11の出力が低くなるように、つまり燃料電池11の出力の制限が大きくなるように設定されている。また、図4に示すマップは、実験やシミュレーションなどによって予め求められ、ECU50に記憶されている。   In step S105, the ECU 50 controls to limit the output of the fuel cell 11 based on the output restriction map (solid line portion) shown in FIG. Note that the map shown in FIG. 4 shows the relationship between the gas temperature and the output (FC output, fuel consumption) of the fuel cell (FC) 11, for example, the output restriction start temperature (predetermined value). When A is set to minus 35 ° C. and the performance guarantee temperature (seal guarantee minimum temperature) B is set to minus 40 ° C., the output of the fuel cell 11 decreases as the gas temperature decreases, that is, the output of the fuel cell 11 The limit is set to be large. Further, the map shown in FIG. 4 is obtained in advance by experiments, simulations, and the like, and is stored in the ECU 50.

すなわち、ECU50は、燃料電池11の出力(FC出力、発電電力)が低くなるようにVCU61に発電指令を与える。このように燃料電池11の出力が制限されることで、水素タンク10から第1遮断弁21を介して放出される水素量が減少して、水素タンク10内の水素の温度の低下が抑えられ、第1遮断弁21の温度の低下が抑えられることで、ガス温度が第1遮断弁21の性能保証温度Bを下回るのを回避することが可能となる。   That is, the ECU 50 gives a power generation command to the VCU 61 so that the output (FC output, generated power) of the fuel cell 11 becomes low. By limiting the output of the fuel cell 11 in this way, the amount of hydrogen released from the hydrogen tank 10 via the first shut-off valve 21 is reduced, and a decrease in the temperature of hydrogen in the hydrogen tank 10 is suppressed. By suppressing a decrease in the temperature of the first shut-off valve 21, it is possible to avoid the gas temperature from falling below the performance guarantee temperature B of the first shut-off valve 21.

一方、ステップS104において、ECU50は、最低温度が第1遮断弁21の性能保証温度B以下ではないと判定した場合には(No)、つまり最低温度が第1遮断弁21の性能保証温度Bを下回らないと判定した場合、ステップS106に進む。   On the other hand, if the ECU 50 determines in step S104 that the minimum temperature is not lower than the performance guarantee temperature B of the first cutoff valve 21 (No), that is, the minimum temperature is the performance guarantee temperature B of the first cutoff valve 21. If it is determined that the value is not lower, the process proceeds to step S106.

ステップS106において、ECU50は、燃料電池11の出力制限を緩和する。すなわち、ECU50は、図4において一方の破線で示すように、ステップS105で設定されたFC出力制限(実線部分)に対して出力制限値が小さくなる(出力制限を緩和する)ようにVCU61を制御する。出力制限値を小さくすることにより、水素タンク10から第1遮断弁21を介して放出される水素量が増加する。 In step S106, the ECU 50 relaxes the output restriction of the fuel cell 11. That is, as indicated by one broken line in FIG. 4, the ECU 50 controls the VCU 61 so that the output limit value becomes smaller (relaxes the output limit) than the FC output limit (solid line portion) set in step S105. To do. By reducing the output limit value, the amount of hydrogen released from the hydrogen tank 10 via the first cutoff valve 21 increases .

なお、ステップS106では、燃料電池11の出力制限を緩和する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、図4において他方の破線で示すように、燃料電池11の出力制限をしない(制限を無くす、制限をゼロ)ように制御してもよい。これによっても、水素タンク10から第1遮断弁を介して放出される水素量が増加する。 In step S106, the case where the output restriction of the fuel cell 11 is relaxed has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and as shown by the other broken line in FIG. Control may be performed so as not to limit (remove the limit, zero limit). This also increases the amount of hydrogen released from the hydrogen tank 10 through the first cutoff valve.

また、ステップS102において、ECU50は、ガス温度T1が所定値以下ではないと判定した場合には(No)、リターンする。   In step S102, when the ECU 50 determines that the gas temperature T1 is not equal to or lower than the predetermined value (No), the ECU 50 returns.

また、ECU50は、図4の実線で示す出力制限マップに基づいて燃料電池11の出力が制限されている場合において(S105)、最低温度が性能保証温度B以下ではないと判定された場合には(S104、No)、図4の実線で示す出力制限マップに対して出力制限を緩和する(または出力制限をゼロとなる)ように制御する。   Further, when the output of the fuel cell 11 is restricted based on the output restriction map indicated by the solid line in FIG. 4 (S105), the ECU 50 determines that the minimum temperature is not lower than the performance guarantee temperature B. (S104, No), control is performed so that the output restriction is relaxed (or the output restriction becomes zero) with respect to the output restriction map indicated by the solid line in FIG.

ところで、比較例として図5(b)に示すように、ガス温度が出力制限開始温度A(所定値)以下となった場合において、最大負荷(負荷上限、例えば、最高車速)で連続運転したとしても第1遮断弁21の性能保証温度Bまで到達しない状況であっても出力制限が働いてしまう。そこで、本実施形態では、図5(a)に示すように、ガス温度が出力制限開始温度A(所定値)以下となった場合において、最大負荷で連続運転しても、第1遮断弁21の性能保証温度Bを下回らないときには出力制限しないものである。   By the way, as shown in FIG. 5B as a comparative example, when the gas temperature is equal to or lower than the output restriction start temperature A (predetermined value), it is assumed that continuous operation is performed at the maximum load (load upper limit, for example, maximum vehicle speed). However, even in a situation where the performance guarantee temperature B of the first shutoff valve 21 is not reached, the output restriction works. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5A, even when the gas temperature is equal to or lower than the output restriction start temperature A (predetermined value), the first shut-off valve 21 is used even when continuously operating at the maximum load. When the temperature does not fall below the guaranteed performance temperature B, the output is not limited.

なお、図5(a)では、出力制限中ではない状況において、最低温度が性能保証温度B以下とはならない場合に出力制限せず最大負荷(負荷上限)で連続走行を続ける場合を示している。なお、本実施形態は、前記のように出力制限中ではない状況において出力制限しない場合に限定されるものではなく、図5(b)に示すパターンの出力制限よりもその制限を緩和した出力制限となるようにしてもよい。また、出力制限中の状況において出力制限を緩和させる場合も含む。   FIG. 5A shows a case in which continuous running is continued at the maximum load (load upper limit) without limiting the output when the minimum temperature does not fall below the guaranteed performance temperature B in a situation where the output is not being limited. . Note that the present embodiment is not limited to the case where the output is not limited in the situation where the output is not being restricted as described above, and the output restriction is more relaxed than the output restriction of the pattern shown in FIG. You may make it become. It also includes the case where the output restriction is relaxed in a situation where the output is being restricted.

以上説明したように、本実施形態に係る高圧ガス供給システム1は、ガス温度センサ41により検知されたガス温度T1に基づいて燃料電池11の出力(燃料消費量)を制限する際、ガス温度T1に加えて、圧力センサ42により検知されたタンク圧力Pから定まる温度低下量(燃料温度低下値)ΔTを用いて、燃料電池11の出力制限を緩和するように(または出力制限をしないように)したものである。これによれば、タンク圧力Pが低い(残ガスが少ない)場合には、最大負荷で連続運転したとしても(燃料をめいいっぱい連続して消費したとしても)温度低下量は少なく、タンク圧力が高い(残ガスが多い)場合には、最大負荷で連続運転すると(燃料をめいいっぱい連続して消費すると)温度低下量は多くなる。よって、タンク圧力Pが低い(残ガスが少ない)ときには、温度低下量は少なくなるので出力制限を緩和できる(または出力制限しないようにできる)。したがって、必要以上に燃料電池11の出力を制限することがなくなり、高圧ガス供給システム1(燃料電池システムF1、車両)としての商品性の低下を防止できる。   As described above, the high-pressure gas supply system 1 according to the present embodiment restricts the output (fuel consumption) of the fuel cell 11 based on the gas temperature T1 detected by the gas temperature sensor 41. In addition, the output limit of the fuel cell 11 is relaxed (or not limited) using the temperature decrease amount (fuel temperature decrease value) ΔT determined from the tank pressure P detected by the pressure sensor 42. It is a thing. According to this, when the tank pressure P is low (the remaining gas is small), even if the continuous operation is performed at the maximum load (even if the fuel is consumed continuously), the temperature decrease amount is small, and the tank pressure is When the temperature is high (the amount of residual gas is large), the amount of temperature decrease increases when the fuel cell is continuously operated at the maximum load (when the fuel is continuously consumed). Therefore, when the tank pressure P is low (the remaining gas is small), the amount of temperature decrease is small, so that the output restriction can be relaxed (or the output restriction can be avoided). Therefore, the output of the fuel cell 11 is not restricted more than necessary, and the merchantability of the high-pressure gas supply system 1 (fuel cell system F1, vehicle) can be prevented from being lowered.

また、本実施形態によれば、ECU50(燃料消費量制御手段)が、現在のガス温度T1と温度低下量ΔTとの和が、第1遮断弁21の性能保証温度Bよりも高い場合に燃料電池11の出力の制限を緩和することで、燃料電池11の出力の制限を緩和する必要があるか否かを精度よく判定できる。   Further, according to the present embodiment, the ECU 50 (fuel consumption control means) determines that the fuel when the sum of the current gas temperature T1 and the temperature decrease amount ΔT is higher than the performance guarantee temperature B of the first shutoff valve 21. By relaxing the output limit of the battery 11, it is possible to accurately determine whether or not the output limit of the fuel cell 11 needs to be relaxed.

また、本実施形態によれば、外気温度T2(環境温度)を検知する外気温度センサ43を備えて、外気温度T2毎にタンク圧力Pと温度低下量ΔTとの関係を定めたマップ(図3参照)に基づいて燃料電池11の出力の制限を緩和することで、燃料電池11の出力の制限を緩和する必要があるか否かをさらに精度よく判定できる。   In addition, according to the present embodiment, the map includes the outside temperature sensor 43 that detects the outside temperature T2 (environment temperature), and defines the relationship between the tank pressure P and the temperature decrease amount ΔT for each outside temperature T2 (FIG. 3). By relieving the output limit of the fuel cell 11 based on the reference), it can be determined with higher accuracy whether or not the output limit of the fuel cell 11 needs to be relaxed.

また、本実施形態によれば、ECU50が燃料電池11の出力を制限することで、燃料電池11から取り出される発電電力(発電電流)が減少し、水素タンク10から第1遮断弁21を介して放出される水素量が低減されるので、その結果、第1遮断弁21の温度が性能保証温度Bを下回るのを回避できる。   Further, according to the present embodiment, the ECU 50 restricts the output of the fuel cell 11, so that the generated power (generated current) taken out from the fuel cell 11 is reduced, and the hydrogen tank 10 passes through the first cutoff valve 21. Since the amount of released hydrogen is reduced, as a result, the temperature of the first shut-off valve 21 can be prevented from falling below the performance guarantee temperature B.

なお、前記実施形態では、ECU50がVCU61を介して燃料電池11から取り出す発電電力(発電電流)を制限する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、外部負荷(走行モータ62、コンプレッサ30、高圧バッテリ63)の電力消費量を制限することで、燃料電池11の出力を制限してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the ECU 50 limits the generated power (generated current) taken from the fuel cell 11 via the VCU 61 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The output of the fuel cell 11 may be limited by limiting the power consumption of the motor 62, the compressor 30, and the high voltage battery 63).

図6は高圧ガス供給システムの動作の変形例を示すフローチャート、図7はガス温度とガス供給量との関係を示すマップである。なお、変形例に係る高圧ガス供給システムでのガス消費量を制限する手段としては、燃料電池11の出力を制限する構成に替えて、燃料電池11へのガス供給量(水素の供給量)を制限する構成としたものである。また、図6に示すステップS201ないしS204は、図2に示すステップS101ないしS104と同様であるので説明を省略する。   FIG. 6 is a flowchart showing a modified example of the operation of the high-pressure gas supply system, and FIG. 7 is a map showing the relationship between the gas temperature and the gas supply amount. In addition, as means for limiting the gas consumption in the high pressure gas supply system according to the modification, the gas supply amount (hydrogen supply amount) to the fuel cell 11 is changed to a configuration that limits the output of the fuel cell 11. The configuration is limited. Also, steps S201 to S204 shown in FIG. 6 are the same as steps S101 to S104 shown in FIG.

燃料電池11へのガス供給量を制限する構成としては、例えば、第2遮断弁24(図1参照)を利用して、この第2遮断弁24の開閉(ON/OFF)のタイミングを切り替えて制御することで、燃料電池11へのガス供給量を制御できる。なお、ガス供給量を制限する手段としては、第2遮断弁24に限定されるものではなく、可変オリフィスなどを別途設けて制御してもよい。   As a configuration for limiting the amount of gas supplied to the fuel cell 11, for example, the second shutoff valve 24 (see FIG. 1) is used to switch the opening / closing (ON / OFF) timing of the second shutoff valve 24. By controlling, the gas supply amount to the fuel cell 11 can be controlled. The means for limiting the gas supply amount is not limited to the second shutoff valve 24, and may be controlled by providing a variable orifice or the like separately.

図6に示すように、ステップS204において、ECU50は、最低温度が性能保証温度B以下であると判定した場合には(Yes)、図7に示すガス供給量制限マップに基づいて燃料電池11へのガス供給量(水素の供給量)を制限する。なお、図7に示すマップは、ガス温度と燃料電池11へのガス供給量との関係を示すものであり、例えば、出力制限開始温度(所定値)Aをマイナス35℃とし、性能保証温度(シール保証最低温度)Bをマイナス40℃とした場合、ガス温度が低くなるにつれて、ガス供給量が少なくなるように、つまりガス供給量の制限が大きくなるように設定されている。また、図7に示すマップは、実験やシミュレーションなどによって予め求められ、ECU50に記憶されている。   As shown in FIG. 6, when the ECU 50 determines in step S204 that the minimum temperature is equal to or lower than the performance guarantee temperature B (Yes), the ECU 50 returns to the fuel cell 11 based on the gas supply amount restriction map shown in FIG. Gas supply amount (hydrogen supply amount) is limited. The map shown in FIG. 7 shows the relationship between the gas temperature and the amount of gas supplied to the fuel cell 11. For example, the output limit start temperature (predetermined value) A is set to minus 35 ° C., and the performance guarantee temperature ( When the minimum guaranteed seal temperature (B) is set to minus 40 ° C., the gas supply amount is set to decrease as the gas temperature decreases, that is, the limit of the gas supply amount increases. Further, the map shown in FIG. 7 is obtained in advance by experiments, simulations, and the like, and is stored in the ECU 50.

また、ステップS204において、ECU50は、最低温度が性能保証温度B以下ではないと判定した場合には(No)、ステップS206に進み、燃料電池11へのガス供給量制限を緩和する。すなわち、ECU50は、ガス供給量を制限しないガス供給量となるように第2遮断弁24を常時開となるように制御する。   In step S204, if the ECU 50 determines that the minimum temperature is not equal to or lower than the performance guarantee temperature B (No), the ECU 50 proceeds to step S206 and relaxes the gas supply amount restriction to the fuel cell 11. That is, the ECU 50 controls the second shut-off valve 24 to be normally opened so that the gas supply amount does not limit the gas supply amount.

なお、前記した実施形態では、供給装置20として第1遮断弁21を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、第1減圧弁22が第1遮断弁21、第2遮断弁24、第2減圧弁25等よりも低温耐性が劣る高圧ガス供給システム1である場合には、例えば、第1減圧弁22の性能保証温度を考慮して燃料消費量(FC出力、ガス供給量)を制限してもよい。また、第1遮断弁21や第1減圧弁22だけではなく、第2遮断弁24や第2減圧弁25などを考慮して燃料消費量を制限してもよい。   In the above-described embodiment, the first cutoff valve 21 has been described as an example of the supply device 20, but the present invention is not limited to this, and the first pressure-reducing valve 22 includes the first cutoff valve 21 and the second cutoff valve. In the case of the high-pressure gas supply system 1 that is less resistant to low temperatures than the valve 24, the second pressure reducing valve 25, etc., for example, the fuel consumption amount (FC output, gas supply) in consideration of the performance guarantee temperature of the first pressure reducing valve 22 Amount) may be limited. Further, not only the first shutoff valve 21 and the first pressure reducing valve 22 but also the second shutoff valve 24 and the second pressure reducing valve 25 may be taken into consideration to limit the fuel consumption.

また、前記した実施形態では、ガス温度T1とタンク圧力Pによって求められる温度低下量ΔTと環境温度T2とに基づいて最低温度を決定したが、ガス温度T1とタンク圧力Pによって求められる温度低下量ΔTとに基づいて最低温度を決定してもよい。   In the above-described embodiment, the minimum temperature is determined based on the temperature drop ΔT determined by the gas temperature T1 and the tank pressure P and the environmental temperature T2, but the temperature drop calculated by the gas temperature T1 and the tank pressure P. The minimum temperature may be determined based on ΔT.

また、前記した実施形態では、水素タンク10内に圧力センサ42を設けた場合を例に挙げて説明したが、水素タンク10内の圧力と同等の圧力を得ることができる高圧ガス供給システムである場合には、配管a1に圧力センサ42を配置してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the pressure sensor 42 is provided in the hydrogen tank 10 has been described as an example. However, the high-pressure gas supply system can obtain a pressure equivalent to the pressure in the hydrogen tank 10. In that case, the pressure sensor 42 may be disposed in the pipe a1.

1 高圧ガス供給システム
10 水素タンク(燃料タンク)
11 燃料電池
20 供給装置
21 第1遮断弁
24 第2遮断弁(燃料消費量制御手段)
41 ガス温度センサ(燃料温度検知手段)
42 圧力センサ(タンク圧検知手段)
43 外気温度センサ(環境温度検知手段)
50 ECU(燃料消費量制御手段)
61 VCU(燃料消費量制御手段)
1 High-pressure gas supply system 10 Hydrogen tank (fuel tank)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell 20 Supply apparatus 21 1st cutoff valve 24 2nd cutoff valve (fuel consumption control means)
41 Gas temperature sensor (fuel temperature detection means)
42 Pressure sensor (tank pressure detection means)
43 Outside temperature sensor (environmental temperature detection means)
50 ECU (fuel consumption control means)
61 VCU (Fuel consumption control means)

Claims (3)

内部に蓄積した燃料を燃料電池に供給する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の燃料を前記燃料電池に供給する供給装置と、
前記燃料電池で消費される燃料の燃料消費量を制御する燃料消費量制御手段と、
前記燃料タンクから放出される燃料の燃料温度を検知する燃料温度検知手段と、
前記燃料タンクが置かれている環境温度を検知する環境温度検知手段と、
前記燃料タンク内のタンク圧力を検知するタンク圧検知手段と、を備え、
記タンク圧力と前記燃料電池が最大負荷で連続運転したときの最大燃料温度低下値との関係を前記環境温度毎に定め、
前記燃料消費量制御手段は、検知された前記燃料温度に基づいて前記燃料消費量を制限する際、前記環境温度および前記タンク圧力から定められる前記最大燃料温度低下値と前記燃料温度との和が前記供給装置の性能保証温度よりも高い場合に前記制限を緩和することを特徴とする高圧ガス供給システム。
A fuel tank for supplying fuel accumulated therein to the fuel cell;
A supply device for supplying fuel in the fuel tank to the fuel cell;
Fuel consumption control means for controlling the fuel consumption of the fuel consumed in the fuel cell;
Fuel temperature detecting means for detecting the fuel temperature of the fuel discharged from the fuel tank;
Environmental temperature detection means for detecting the environmental temperature in which the fuel tank is placed;
Tank pressure detecting means for detecting the tank pressure in the fuel tank,
Defines the relationship between the maximum fuel temperature decrease value when the fuel cell with the previous SL tank pressure is continuously operated at full load for each of the environmental temperature,
Sum of the fuel consumption control means detected the time of limiting the fuel consumption amount based on the fuel temperature, before Symbol environmental temperature and the determined from the tank pressure the maximum fuel temperature decrease value and the fuel temperature Is relaxed when the temperature is higher than the performance guarantee temperature of the supply device.
前記燃料消費量制御手段は、前記燃料電池の出力を制限することを特徴とする請求項1に記載の高圧ガス供給システム。 The high-pressure gas supply system according to claim 1, wherein the fuel consumption control means limits the output of the fuel cell. 前記燃料消費量制御手段は、前記燃料電池への燃料の供給量を制限することを特徴とする請求項1に記載の高圧ガス供給システム。 The high-pressure gas supply system according to claim 1, wherein the fuel consumption control means limits a supply amount of fuel to the fuel cell.
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