JP6186956B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to a fuel cell.

従来の燃料電池システムとして、燃料電池に供給するアノードガスの圧力を昇降圧させるものがある(特許文献1参照)。   As a conventional fuel cell system, there is one that raises or lowers the pressure of anode gas supplied to the fuel cell (see Patent Document 1).

特開2005−243476号公報JP 2005-243476 A

現在開発中の燃料電池システムでは、燃料電池内のカソードガス圧力とアノードガス圧力との差圧による電解質膜の劣化を回避するために、カソードガス圧力とアノードガス圧力とを互いに制御している。   In the fuel cell system currently under development, the cathode gas pressure and the anode gas pressure are mutually controlled in order to avoid the deterioration of the electrolyte membrane due to the differential pressure between the cathode gas pressure and the anode gas pressure in the fuel cell.

この燃料電池システムには、燃料電池内の湿潤度を維持するために、燃料電池の発電に伴う水蒸気を、燃料電池から排出されたカソードオフガスと、燃料電池に供給されるカソードガスとの間で交換する加湿器が設けられている。   In this fuel cell system, in order to maintain the wetness in the fuel cell, water vapor generated by the fuel cell is generated between the cathode off-gas discharged from the fuel cell and the cathode gas supplied to the fuel cell. A humidifier to be replaced is provided.

加湿器の入口付近にはカソードガスの圧力を検出するセンサが設けられており、このセンサで検出した圧力値から加湿器で生じる圧力損失の最大値を減算して、燃料電池入口のカソードガス圧力を推定している。圧力推定に用いられる加湿器の圧力損失については、加湿器に流入するカソードガスの流量から求めることも可能であるが、カソードガスの流量センサの故障に伴う誤動作の危険性などを考慮して運転中に取り得る圧力損失の最大値を用いている。   A sensor for detecting the cathode gas pressure is provided in the vicinity of the inlet of the humidifier. The maximum value of the pressure loss generated in the humidifier is subtracted from the pressure value detected by the sensor to obtain the cathode gas pressure at the fuel cell inlet. Is estimated. Although the pressure loss of the humidifier used for pressure estimation can be obtained from the flow rate of the cathode gas flowing into the humidifier, it can be operated in consideration of the risk of malfunction due to failure of the cathode gas flow sensor. The maximum pressure loss that can be taken inside is used.

しかしながら、実際には、加湿器に流入するカソードガスの流量が少なくなるほど、加湿器での実際の圧力損失は小さくなるので、実際の値と圧力損失の最大値との誤差は大きくなる。そのため、燃料電池入口のカソードガス圧力の推定値が、大気圧よりも低くなるという現実的に起こり得ない結果となる場合がある。   However, in practice, the smaller the flow rate of the cathode gas flowing into the humidifier, the smaller the actual pressure loss in the humidifier, so the error between the actual value and the maximum value of pressure loss increases. Therefore, there is a case where the estimated value of the cathode gas pressure at the fuel cell inlet is lower than the atmospheric pressure, resulting in a practically impossible result.

このような場合であっても、必要以上に低く推定されたカソードガス圧力とアノードガス圧力との推定差圧が電解質膜の許容圧力を超えるか否かが診断され、推定差圧が許容圧力を超えると判断された場合には、許容差圧を超えないように、例えばアノードガス圧力が低く制限される。このため、アノードガス圧力は、要求電力によって設定された圧力値よりも下げられ、燃料電池の発電電力が低下してしまう。   Even in such a case, it is diagnosed whether the estimated differential pressure between the cathode gas pressure and the anode gas pressure estimated to be lower than necessary exceeds the allowable pressure of the electrolyte membrane, and the estimated differential pressure does not exceed the allowable pressure. If it is determined that the pressure exceeds the allowable pressure difference, for example, the anode gas pressure is limited to be low. For this reason, the anode gas pressure is lowered below the pressure value set by the required power, and the generated power of the fuel cell is lowered.

このように、加湿器の圧力損失を考慮することでカソードガス圧力が必要以上に低く推定される場合があり、この場合には燃料電池内のカソードガス圧力とアノードガス圧力の差圧が必要以上に大きく見積もられてしまう。このため、差圧診断の結果によっては、燃料電池の運転を必要以上に制限してしまうことが懸念される。   In this way, the cathode gas pressure may be estimated to be lower than necessary by considering the pressure loss of the humidifier. In this case, the differential pressure between the cathode gas pressure and the anode gas pressure in the fuel cell is more than necessary. Will be greatly estimated. For this reason, there is a concern that the operation of the fuel cell may be restricted more than necessary depending on the result of the differential pressure diagnosis.

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、カソードガス圧力の推定誤差に起因する燃料電池の運転制限を解消する燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that eliminates the fuel cell operation limitation caused by the estimation error of the cathode gas pressure.

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。   The present invention solves the above problems by the following means.

本発明による燃料電池システムのひとつの態様は、燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給すると共に、負荷に応じて発電する燃料電池システムである。この燃料電池システムは、カソードガス供給通路に設けられ、カソードガスを加湿する加湿器と、前記加湿器の上流に設けられ、カソードガスの圧力を検出するガス圧検出器と、前記ガス圧検出器で検出される圧力から前記加湿器の圧力損失を減算した値を燃料電池内のカソードガスの圧力として推定する推定部と、前記燃料電池内のカソードガスの圧力とアノードガスの圧力との差圧が燃料電池保護のための許容閾値を超えるか否かを判断する診断部と、を含み、前記診断部は、前記推定部で推定された値が大気圧よりも低いと判断した場合には、前記燃料電池内のカソードガスの圧力を前記大気圧に設定することを特徴とする。   One aspect of the fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell and generates electric power in accordance with a load. The fuel cell system includes a humidifier that is provided in the cathode gas supply passage and humidifies the cathode gas, a gas pressure detector that is provided upstream of the humidifier and detects the pressure of the cathode gas, and the gas pressure detector. An estimation unit that estimates a value obtained by subtracting the pressure loss of the humidifier from the pressure detected in step 1 as the pressure of the cathode gas in the fuel cell, and the pressure difference between the pressure of the cathode gas and the pressure of the anode gas in the fuel cell And a diagnostic unit that determines whether or not the fuel cell protection exceeds an allowable threshold, and when the diagnostic unit determines that the value estimated by the estimation unit is lower than atmospheric pressure, The cathode gas pressure in the fuel cell is set to the atmospheric pressure.

この態様によれば、診断部は、加湿器の圧力損失を考慮したカソードガス圧力の推定値が大気圧よりも低くなる場合に、カソードガスの圧力を推定値から大気圧の検出値に変更する。そして診断部は、変更後のカソードガス圧力とアノードガス圧力との差圧が許容閾値を超えるか否かの差圧診断を実行する。   According to this aspect, the diagnostic unit changes the cathode gas pressure from the estimated value to the detected value of the atmospheric pressure when the estimated value of the cathode gas pressure considering the pressure loss of the humidifier is lower than the atmospheric pressure. . Then, the diagnosis unit executes a differential pressure diagnosis as to whether or not the differential pressure between the changed cathode gas pressure and the anode gas pressure exceeds an allowable threshold value.

これにより、現実的には起こり得ないカソードガス圧力の推定値に基づいて差圧診断が行われることを回避できるので、差圧診断の結果、必要以上にカソードガスやアノードガスの圧力を制限するようなことを防ぐことができる。   As a result, it is possible to avoid performing a differential pressure diagnosis based on an estimated value of the cathode gas pressure that cannot actually occur. As a result of the differential pressure diagnosis, the pressure of the cathode gas or the anode gas is limited more than necessary. This can be prevented.

したがって、カソードガス圧力の推定誤差に起因する運転制限を解消することができる。   Therefore, it is possible to eliminate the operation limitation caused by the estimation error of the cathode gas pressure.

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。   Embodiments of the present invention and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態における燃料電池システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図2は、燃料電池システムの監視部を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a monitoring unit of the fuel cell system. 図3は、極間差圧の推定手法を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an estimation method of the inter-electrode differential pressure. 図4は、極間差圧の診断方法を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a method for diagnosing the differential pressure between the electrodes. 図5は、アノードガス制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the anode gas control unit. 図6は、アノードガス差圧制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the anode gas differential pressure control unit.

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

燃料電池は、電解質膜をアノード電極(燃料極)とカソード電極(酸化剤極)とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス(燃料ガス)、カソード電極に酸素を含有するカソードガス(酸化剤ガス)を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。   In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidation electrode). Power is generated by supplying the agent gas. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.

アノード電極 : 2H2 →4H+ +4e- …(1)
カソード電極 : 4H+ +4e- +O2 →2H2O …(2)
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e + O 2 → 2H 2 O (2)

この(1)(2)の電極反応によって燃料電池は1ボルト程度の起電力を生じる。   The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).

燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。   When a fuel cell is used as a power source for automobiles, a large amount of electric power is required. Therefore, the fuel cell is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による燃料電池システム100の概略図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 100 according to a first embodiment of the present invention.

燃料電池システム100は、燃料電池スタック1と、カソードガス給排装置2と、アノードガス給排装置3と、コントローラ4と、を備える。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 1, a cathode gas supply / discharge device 2, an anode gas supply / discharge device 3, and a controller 4.

燃料電池スタック1は、数百枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、車両の駆動に必要な電力を発電する。   The fuel cell stack 1 is formed by stacking several hundred fuel cells, and receives the supply of anode gas and cathode gas to generate electric power necessary for driving the vehicle.

カソードガス給排装置2は、燃料電池スタック1にカソードガスを供給するとともに、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスを外気に排出する。   The cathode gas supply / discharge device 2 supplies the cathode gas to the fuel cell stack 1 and discharges the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 to the outside air.

カソードガス給排装置2は、カソードガス供給通路21と、カソードガス排出通路22と、フィルタ23と、カソードコンプレッサ24と、インタークーラ25と、水分回収装置(Water Recovery Device;以下「WRD」という。)26と、カソード調圧弁27と、エアフローセンサ41と、温度センサ42と、カソード圧力センサ43と、を備える。   The cathode gas supply / discharge device 2 includes a cathode gas supply passage 21, a cathode gas discharge passage 22, a filter 23, a cathode compressor 24, an intercooler 25, and a water recovery device (hereinafter referred to as "WRD"). ) 26, a cathode pressure regulating valve 27, an air flow sensor 41, a temperature sensor 42, and a cathode pressure sensor 43.

カソードガス供給通路21は、燃料電池スタック1に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路21は、一端がフィルタ23に接続され、他端が燃料電池スタック1のカソードガス入口孔に接続される。   The cathode gas supply passage 21 is a passage through which the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 flows. The cathode gas supply passage 21 has one end connected to the filter 23 and the other end connected to the cathode gas inlet hole of the fuel cell stack 1.

カソードガス排出通路22は、燃料電池スタック1から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路22は、一端が燃料電池スタック1のカソードガス出口孔に接続され、他端が開口端となっている。カソードオフガスは、カソードガスと電極反応によって生じた水蒸気の混合ガスである。   The cathode gas discharge passage 22 is a passage through which the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 1 flows. One end of the cathode gas discharge passage 22 is connected to the cathode gas outlet hole of the fuel cell stack 1, and the other end is an open end. Cathode off-gas is a mixed gas of water vapor generated by cathode gas and electrode reaction.

フィルタ23は、カソードガス供給通路21に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。   The filter 23 removes foreign matters in the cathode gas taken into the cathode gas supply passage 21.

カソードコンプレッサ24は、カソードガス供給通路21に設けられる。カソードコンプレッサ24は、フィルタ23を介してカソードガスとしての空気(外気)をカソードガス供給通路21に取り込み、燃料電池スタック1に供給する。   The cathode compressor 24 is provided in the cathode gas supply passage 21. The cathode compressor 24 takes air (outside air) as cathode gas through the filter 23 into the cathode gas supply passage 21 and supplies it to the fuel cell stack 1.

インタークーラ25は、カソードコンプレッサ24よりも下流のカソードガス供給通路21に設けられる。インタークーラ25は、カソードコンプレッサ24から吐出されたカソードガスを冷却する。   The intercooler 25 is provided in the cathode gas supply passage 21 downstream of the cathode compressor 24. The intercooler 25 cools the cathode gas discharged from the cathode compressor 24.

WRD26は、カソードガス供給通路21及びカソードガス排出通路22のそれぞれに接続されて、カソードガス排出通路22を流れるカソードオフガス中の水分を回収し、その回収した水分でカソードガス供給通路21を流れるカソードガスを加湿する。   The WRD 26 is connected to each of the cathode gas supply passage 21 and the cathode gas discharge passage 22, collects moisture in the cathode off-gas flowing through the cathode gas discharge passage 22, and cathode that flows through the cathode gas supply passage 21 with the collected moisture. Humidify the gas.

カソード調圧弁27は、WRD26よりも下流のカソードガス排出通路22に設けられる。カソード調圧弁27は、コントローラ4によって開閉制御されて、燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの圧力を所望の圧力に調節する。   The cathode pressure regulating valve 27 is provided in the cathode gas discharge passage 22 downstream of the WRD 26. The cathode pressure regulating valve 27 is controlled to be opened and closed by the controller 4 and adjusts the pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 to a desired pressure.

エアフローセンサ41は、カソードコンプレッサ24よりも上流のカソードガス供給通路21に設けられる。エアフローセンサ41は、カソードコンプレッサ24に供給されて、最終的に燃料電池スタック1に供給されるカソードガスの流量(以下「スタック供給流量」という。)を検出する。   The air flow sensor 41 is provided in the cathode gas supply passage 21 upstream of the cathode compressor 24. The air flow sensor 41 detects the flow rate of the cathode gas supplied to the cathode compressor 24 and finally supplied to the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “stack supply flow rate”).

温度センサ42は、インタークーラ25とWRD26との間のカソードガス供給通路21に設けられる。温度センサ42は、WRD26のカソードガス入口側の温度(以下「WRD入口温度」という。)を検出する。   The temperature sensor 42 is provided in the cathode gas supply passage 21 between the intercooler 25 and the WRD 26. The temperature sensor 42 detects the temperature on the cathode gas inlet side of the WRD 26 (hereinafter referred to as “WRD inlet temperature”).

カソード圧力センサ43は、WRD26よりも上流のカソードガス供給通路21に設けられる。具体的にはカソード圧力センサ43は、インタークーラ25とWRD26との間のカソードガス供給通路21に設けられる。カソード圧力センサ43は、WRD26のカソードガス入口側の圧力(以下「WRD入口カソード圧力」という。)を検出する。   The cathode pressure sensor 43 is provided in the cathode gas supply passage 21 upstream of the WRD 26. Specifically, the cathode pressure sensor 43 is provided in the cathode gas supply passage 21 between the intercooler 25 and the WRD 26. The cathode pressure sensor 43 detects the pressure on the cathode gas inlet side of the WRD 26 (hereinafter referred to as “WRD inlet cathode pressure”).

アノードガス給排装置3は、燃料電池スタック1にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック1から排出されるアノードオフガスを、カソードガス排出通路22に排出する。アノードガス給排装置3は、高圧タンク31と、アノードガス供給通路32と、アノード調圧弁33と、アノードガス排出通路34と、パージ弁35と、アノード圧力センサ44と、を備える。   The anode gas supply / discharge device 3 supplies anode gas to the fuel cell stack 1 and discharges anode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 to the cathode gas discharge passage 22. The anode gas supply / discharge device 3 includes a high pressure tank 31, an anode gas supply passage 32, an anode pressure regulating valve 33, an anode gas discharge passage 34, a purge valve 35, and an anode pressure sensor 44.

高圧タンク31は、燃料電池スタック1に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。   The high pressure tank 31 stores the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 in a high pressure state.

アノードガス供給通路32は、高圧タンク31から排出されるアノードガスを燃料電池スタック1に供給するための通路である。アノードガス供給通路32は、一端が高圧タンク31に接続され、他端が燃料電池スタック1のアノードガス入口孔に接続される。   The anode gas supply passage 32 is a passage for supplying the anode gas discharged from the high-pressure tank 31 to the fuel cell stack 1. The anode gas supply passage 32 has one end connected to the high pressure tank 31 and the other end connected to the anode gas inlet hole of the fuel cell stack 1.

アノード調圧弁33は、アノードガス供給通路32に設けられる。アノード調圧弁33は、コントローラ4によって開閉制御されて、燃料電池スタック1に供給されるアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する。   The anode pressure regulating valve 33 is provided in the anode gas supply passage 32. The anode pressure regulating valve 33 is controlled to be opened and closed by the controller 4 and adjusts the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 to a desired pressure.

アノード圧力センサ44は、アノード調圧弁33と燃料電池スタック1のアノードガス入口孔との間のカソードガス供給通路21に設けられる。アノード圧力センサ44は、燃料電池スタック1のアノードガス入口孔における圧力(以下「スタック入口アノード圧力」という。)を検出する。   The anode pressure sensor 44 is provided in the cathode gas supply passage 21 between the anode pressure regulating valve 33 and the anode gas inlet hole of the fuel cell stack 1. The anode pressure sensor 44 detects the pressure at the anode gas inlet hole of the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “stack inlet anode pressure”).

アノードガス排出通路34は、燃料電池スタック1から排出されるアノードオフガスが流れる通路である。アノードガス排出通路34は、一端が燃料電池スタック1のアノードガス出口孔に接続され、他端がカソードガス排出通路22に接続される。アノードオフガスは、電極反応で使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からリークしてきた窒素等の不活性ガスと、水蒸気と、の混合ガスである。   The anode gas discharge passage 34 is a passage through which the anode off gas discharged from the fuel cell stack 1 flows. The anode gas discharge passage 34 has one end connected to the anode gas outlet hole of the fuel cell stack 1 and the other end connected to the cathode gas discharge passage 22. The anode off gas is a mixed gas of excess anode gas that has not been used in the electrode reaction, an inert gas such as nitrogen leaking from the cathode side, and water vapor.

アノードガス排出通路34を介してカソードガス排出通路22に排出されたアノードオフガスは、カソードガス排出通路22内でカソードオフガスと混合されて燃料電池システム100の外部に排出される。   The anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 22 through the anode gas discharge passage 34 is mixed with the cathode off gas in the cathode gas discharge passage 22 and discharged to the outside of the fuel cell system 100.

また、アノードオフガスには、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガス(水素)が含まれているので、カソードオフガスと混合させて燃料電池システム100の外部に排出する。これにより、その排出ガス中の水素濃度が予め定められた所定濃度以下となるようにしている。   Further, since the anode off gas contains excess anode gas (hydrogen) that has not been used for the electrode reaction, it is mixed with the cathode off gas and discharged outside the fuel cell system 100. Thereby, the hydrogen concentration in the exhaust gas is set to be equal to or lower than a predetermined concentration.

パージ弁35は、アノードガス排出通路34に設けられる。パージ弁35は、コントローラ4によって開閉制御され、アノードガス排出通路34からカソードガス排出通路22に排出するアノードオフガスの流量を制御する。   The purge valve 35 is provided in the anode gas discharge passage 34. The purge valve 35 is controlled to be opened and closed by the controller 4 and controls the flow rate of the anode off gas discharged from the anode gas discharge passage 34 to the cathode gas discharge passage 22.

コントローラ4は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。   The controller 4 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).

コントローラ4には、エアフローセンサ41、温度センサ42、カソード圧力センサ43、アノード圧力センサ44の他にも、大気圧を検出する大気圧センサ45などの各種センサからの信号が入力される。大気圧センサ45は、例えば車室内に設けられる。また各種センサとしては、アクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル操作量」)を検出するアクセルストロークセンサがある。   In addition to the airflow sensor 41, the temperature sensor 42, the cathode pressure sensor 43, and the anode pressure sensor 44, signals from various sensors such as an atmospheric pressure sensor 45 that detects atmospheric pressure are input to the controller 4. The atmospheric pressure sensor 45 is provided, for example, in the passenger compartment. Further, as various sensors, there is an accelerator stroke sensor that detects the amount of depression of an accelerator pedal (hereinafter referred to as “accelerator operation amount”).

コントローラ4は、これら各種センサの検出信号や各種電気部品の作動状態等に基づいて、カソードコンプレッサ24、カソード調圧弁27、アノード調圧弁33や、パージ弁35などを制御する。   The controller 4 controls the cathode compressor 24, the cathode pressure regulating valve 27, the anode pressure regulating valve 33, the purge valve 35, and the like based on detection signals of these various sensors and operating states of various electric components.

図2は、コントローラ4の機能構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the controller 4.

コントローラ4は、監視部200及びシステム制御部300を備える。   The controller 4 includes a monitoring unit 200 and a system control unit 300.

監視部200は、燃料電池システム100の状態、例えばアノードガス及びカソードガスの圧力状態や燃料電池スタック1の電圧状態などを監視する。   The monitoring unit 200 monitors the state of the fuel cell system 100, for example, the pressure state of the anode gas and the cathode gas, the voltage state of the fuel cell stack 1, and the like.

監視部200は、燃料電池スタック1の電解質膜に過大な応力が加わると電解質膜が劣化して発電性能が低下してしまうので、燃料電池スタック1内のカソードガス圧力とアノードガス圧力との差圧(以下「極間差圧」という。)を監視する。   The monitoring unit 200 causes a difference between the cathode gas pressure and the anode gas pressure in the fuel cell stack 1 because an excessive stress is applied to the electrolyte membrane of the fuel cell stack 1 to deteriorate the power generation performance. The pressure (hereinafter referred to as “differential pressure between electrodes”) is monitored.

監視部200は、スタック入口圧力推定部210と、WRD圧損保持部211と、極間差圧診断部220を備える。   The monitoring unit 200 includes a stack inlet pressure estimation unit 210, a WRD pressure loss holding unit 211, and an inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220.

WRD圧損保持部211には、WRD圧力損失が予め保持されている。WRD圧力損失とは、WRD26のカソードガス入口端とカソードガス出口端との間で生じる圧力損失の最大値のことである。なお、WRD圧力損失は、WRD26に流入するカソードガスの流量から求めることも可能であるが、流量センサの故障に伴う誤動作の危険性などを考慮して燃料電池スタック1の運転中に採り得る圧力損失の最大値が用いられる。   The WRD pressure loss holding unit 211 holds a WRD pressure loss in advance. The WRD pressure loss is the maximum value of the pressure loss that occurs between the cathode gas inlet end and the cathode gas outlet end of the WRD 26. The WRD pressure loss can be obtained from the flow rate of the cathode gas flowing into the WRD 26. However, the pressure that can be taken during the operation of the fuel cell stack 1 in consideration of the risk of malfunction due to the failure of the flow sensor. The maximum loss is used.

スタック入口圧力推定部210は、カソード圧力センサ43の検出値とWRD圧損保持部211のWRD圧力損失とを用いて燃料電池スタック1の入口を流れるカソードガスの圧力(以下「スタック入口カソード圧力」という)を推定する。   The stack inlet pressure estimation unit 210 uses the detected value of the cathode pressure sensor 43 and the WRD pressure loss of the WRD pressure loss holding unit 211 to pressure the cathode gas flowing through the inlet of the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “stack inlet cathode pressure”). ).

本実施形態では、スタック入口圧力推定部210は、カソード圧力センサ43からWRD入口カソード圧力を取得し、そのWRD入口カソード圧からWRD圧力損失を減算した値を、スタック入口カソード圧力の推定値として極間差圧診断部220に出力する。   In the present embodiment, the stack inlet pressure estimation unit 210 obtains the WRD inlet cathode pressure from the cathode pressure sensor 43 and subtracts the WRD pressure loss from the WRD inlet cathode pressure as the estimated value of the stack inlet cathode pressure. Output to the differential pressure diagnosis unit 220.

極間差圧診断部220は、燃料電池スタック1内の電解質膜に生じるアノードガス圧力とカソードガス圧力との極間差圧が許容閾値を超えるか否かを診断する。許容閾値は、過大な極間差圧から電解質膜を保護するための閾値である。極間差圧診断部220は、アノード圧力センサ44の検出値と、スタック入口圧力推定部210で推定された推定値とに基づいて診断する。   The inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 diagnoses whether or not the inter-electrode differential pressure between the anode gas pressure and the cathode gas pressure generated in the electrolyte membrane in the fuel cell stack 1 exceeds an allowable threshold value. The allowable threshold value is a threshold value for protecting the electrolyte membrane from an excessive interpolar pressure difference. The inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 makes a diagnosis based on the detection value of the anode pressure sensor 44 and the estimated value estimated by the stack inlet pressure estimation unit 210.

システム制御部300は、燃料電池システム100を制御する。システム制御部300は、例えば、アノードガス圧力とカソードガス圧力との極間差圧が許容閾値を超えていると診断された場合には、極間差圧と許容閾値との差に基づいてアノードガスの圧力又はカソードガスの圧力を制御する。   The system control unit 300 controls the fuel cell system 100. For example, when it is diagnosed that the inter-electrode differential pressure between the anode gas pressure and the cathode gas pressure exceeds the allowable threshold, the system control unit 300 determines whether the anode control is based on the difference between the inter-electrode differential pressure and the allowable threshold. Control gas pressure or cathode gas pressure.

このような燃料電池システムにおいて、WRD26に流入するカソードガスの流量が少なくなるほど、WRD26の圧力損失は小さくなるので、実際の圧力損失値とWRD圧損保持部211の最大値との誤差は大きくなる。その結果、図3に示すように、スタック入口カソード圧力が、非現実的な圧力値に推定される場合がある。   In such a fuel cell system, the smaller the flow rate of the cathode gas flowing into the WRD 26, the smaller the pressure loss of the WRD 26. Therefore, the error between the actual pressure loss value and the maximum value of the WRD pressure loss holding unit 211 increases. As a result, as shown in FIG. 3, the stack inlet cathode pressure may be estimated to an unrealistic pressure value.

図3は、WRD26に流量するカソードガスの流量が少ないときの極間差圧を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the differential pressure between the electrodes when the flow rate of the cathode gas flowing to the WRD 26 is small.

図3には、アノード圧力センサ44で検出されたスタック入口アノード圧力と、カソード圧力センサ43で検出されたWRD入口カソード圧力と、大気圧センサ45で検出された大気圧とが示されている。   FIG. 3 shows the stack inlet anode pressure detected by the anode pressure sensor 44, the WRD inlet cathode pressure detected by the cathode pressure sensor 43, and the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 45.

そして、センサ誤差を考慮したアノードガス圧力Pa_gsとカソードガス圧力の推定値Pc_gsとの推定差圧が破線で示され、実差圧が実線で示されている。   The estimated differential pressure between the anode gas pressure Pa_gs and the estimated value Pc_gs of the cathode gas pressure considering the sensor error is indicated by a broken line, and the actual differential pressure is indicated by a solid line.

アノードガス圧力Pa_gsは、アノード圧力センサ44で検出されたスタック入口アノード圧力にアノード圧力センサ44の誤差Er3を加算した値である。   The anode gas pressure Pa_gs is a value obtained by adding the error Er3 of the anode pressure sensor 44 to the stack inlet anode pressure detected by the anode pressure sensor 44.

カソードガス圧力Pc_gsは、カソード圧力センサ43で検出されたWRD入口カソード圧力Pc_wrdにカソード圧力センサ43の誤差Er1を減算した圧力値から、WRD圧力損失の最大値を減算した値である。   The cathode gas pressure Pc_gs is a value obtained by subtracting the maximum value of the WRD pressure loss from the pressure value obtained by subtracting the error Er1 of the cathode pressure sensor 43 from the WRD inlet cathode pressure Pc_wrd detected by the cathode pressure sensor 43.

図3では、WRD26に流入するカソードガスの流量が少なくWRD26の圧力損失が小さい状況であり、WRD圧力損失の最大値と実際の値との誤差が大きいため、カソードガス圧力の推定値Pc_gsが大気圧よりも低く見積もられている。しかしながら、カソードガス供給通路21は外気と連通しているため、カソードガス圧力が大気圧よりも低くなることは、現実的に起こり得ない。   In FIG. 3, since the flow rate of the cathode gas flowing into the WRD 26 is small and the pressure loss of the WRD 26 is small, and the error between the maximum value of the WRD pressure loss and the actual value is large, the estimated value Pc_gs of the cathode gas pressure is large. Estimated lower than atmospheric pressure. However, since the cathode gas supply passage 21 communicates with the outside air, it is practically impossible that the cathode gas pressure becomes lower than the atmospheric pressure.

このような場合であっても、現実的に起こり得ないカソードガス圧力の推定値Pc_gsとアノードガス圧力Pa_gsとの推定差圧が許容閾値を超えるか否かが診断される。そして、推定差圧が許容閾値を超えると判断された場合には、許容閾値を超えないように例えばアノードガス圧力が低く制限されてしまう。   Even in such a case, it is diagnosed whether the estimated differential pressure between the estimated value Pc_gs of the cathode gas pressure and the anode gas pressure Pa_gs, which cannot actually occur, exceeds the allowable threshold value. When it is determined that the estimated differential pressure exceeds the allowable threshold, for example, the anode gas pressure is limited to be low so as not to exceed the allowable threshold.

そこで本発明では、大気圧センサ45を利用して、スタック入口カソード圧力の推定値が大気圧よりも低い場合には、スタック入口カソード圧力の推定値を大気圧に変更してから差圧診断を行う。   Therefore, in the present invention, when the estimated value of the stack inlet cathode pressure is lower than the atmospheric pressure using the atmospheric pressure sensor 45, the estimated value of the stack inlet cathode pressure is changed to the atmospheric pressure and then the differential pressure diagnosis is performed. Do.

図4は、本発明の第1実施形態における極間差圧の診断方法を示すフォローチャートである。   FIG. 4 is a follow chart showing a method for diagnosing the differential pressure between the electrodes in the first embodiment of the present invention.

まず、ステップS901において極間差圧診断部220は、アノード圧力センサ44からスタック入口アノード圧力Pagを取得する。   First, in step S <b> 901, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 acquires the stack inlet anode pressure Pag from the anode pressure sensor 44.

ステップS902においてスタック入口圧力推定部210は、カソード圧力センサ43からWRD入口カソード圧力Pcg_wrdを取得する。   In step S902, the stack inlet pressure estimation unit 210 acquires the WRD inlet cathode pressure Pcg_wrd from the cathode pressure sensor 43.

そしてステップS903においてスタック入口圧力推定部210は、WRD圧損保持部211からWRD圧力損失を取得し、WRD入口カソード圧力Pcg_wrdからWRD圧力損失を減算した値をスタック入口カソード圧力Pcgとして推定する。   In step S903, the stack inlet pressure estimation unit 210 acquires the WRD pressure loss from the WRD pressure loss holding unit 211, and estimates the value obtained by subtracting the WRD pressure loss from the WRD inlet cathode pressure Pcg_wrd as the stack inlet cathode pressure Pcg.

また、ステップS904において極間差圧診断部220は、大気圧センサ45から大気圧の検出値Pairを取得する。   In step S <b> 904, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 acquires the atmospheric pressure detection value Pair from the atmospheric pressure sensor 45.

そしてステップS905において極間差圧診断部220は、スタック入口カソード圧力Pcgが大気圧Pair以上か否かを判断する。極間差圧診断部220は、スタック入口カソード圧力Pcgが大気圧Pairの値以上である場合には、スタック入口カソード圧力Pcgを燃料電池スタック1内のカソードガス圧力として設定する。   In step S905, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 determines whether the stack inlet cathode pressure Pcg is equal to or higher than the atmospheric pressure Pair. The inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 sets the stack inlet cathode pressure Pcg as the cathode gas pressure in the fuel cell stack 1 when the stack inlet cathode pressure Pcg is equal to or higher than the atmospheric pressure Pair.

その後ステップS906において極間差圧診断部220は、スタック入口アノード圧力Pagからスタック入口カソード圧力Pcgを減算した値を極間差圧Pdに設定する。   Thereafter, in step S906, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 sets a value obtained by subtracting the stack inlet cathode pressure Pcg from the stack inlet anode pressure Pag as the inter-electrode differential pressure Pd.

そしてステップS907において極間差圧診断部220は、予め定められた許容差圧にカソード圧力センサ43の誤差Er_cgを加算した値を許容閾値Thに設定する。許容差圧は、電解質膜で許容できる応力によって定められる値である。許容差圧の値は、例えば、実験データに基づいて決定される。   In step S907, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 sets a value obtained by adding the error Er_cg of the cathode pressure sensor 43 to a predetermined allowable differential pressure as the allowable threshold Th. The allowable differential pressure is a value determined by the stress allowable in the electrolyte membrane. The value of the allowable differential pressure is determined based on experimental data, for example.

一方、ステップS905でスタック入口カソード圧力Pcgが大気圧Pairよりも低い場合には、極間差圧診断部220は、大気圧Pairを燃料電池スタック1内のカソードガス圧力として設定する。   On the other hand, when the stack inlet cathode pressure Pcg is lower than the atmospheric pressure Pair in step S905, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 sets the atmospheric pressure Pair as the cathode gas pressure in the fuel cell stack 1.

その後ステップS910において極間差圧診断部220は、スタック入口アノード圧力Pagから大気圧Pairを減算した値を極間差圧Pdに設定する。   Thereafter, in step S910, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 sets a value obtained by subtracting the atmospheric pressure Pair from the stack inlet anode pressure Pag as the inter-electrode differential pressure Pd.

そしてステップS911において極間差圧診断部220は、許容差圧に大気圧センサ45の誤差Er_airを加算した値を許容閾値Thに設定する。本実施形態では、大気圧センサ45の誤差Er_airは、カソード圧力センサ43の誤差Er_cgよりも小さい。なお、大気圧センサ45は、カソード圧力センサ43よりも検出可能なレンジが狭い検出器である。一般的に検出レンジが狭い検出器ほど、検出誤差は小さくなる。   In step S911, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 sets a value obtained by adding the error Er_air of the atmospheric pressure sensor 45 to the allowable differential pressure as the allowable threshold Th. In the present embodiment, the error Er_air of the atmospheric pressure sensor 45 is smaller than the error Er_cg of the cathode pressure sensor 43. The atmospheric pressure sensor 45 is a detector having a narrower detectable range than the cathode pressure sensor 43. In general, the detection error is smaller as the detection range is narrower.

ステップS908において極間差圧診断部220は、極間差圧Pdが許容閾値Thを超えるか否かを判断する。   In step S908, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 determines whether the inter-electrode differential pressure Pd exceeds the allowable threshold Th.

そしてステップS909において極間差圧診断部220は、極間差圧Pdが許容閾値Thを超える場合には、システム制御部300に異常指令を出力する。システム制御部300は、異常指令を受けると、アノードガス圧力を低下させる。   In step S909, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 outputs an abnormality command to the system control unit 300 when the inter-electrode differential pressure Pd exceeds the allowable threshold Th. When receiving the abnormality command, the system control unit 300 reduces the anode gas pressure.

一方、ステップS912において極間差圧診断部220は、極間差圧Pdが許容閾値Th未満である場合には、システム制御部300に正常指令を出力する。ステップS909又はステップS912の処理後、診断方法の一連のステップS901からステップS912までの処理が終了する。   On the other hand, in step S912, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 outputs a normal command to the system control unit 300 when the inter-electrode differential pressure Pd is less than the allowable threshold Th. After the processing of step S909 or step S912, the series of processing from step S901 to step S912 of the diagnostic method ends.

本発明の第1実施形態によれば、極間差圧診断部220は、WRD26の圧力損失の最大値を用いてスタック入口カソード圧力を推定した結果、その推定値が大気圧よりも低くなる場合には、カソードガス圧力を推定値から大気圧の検出値に変更する。そして極間差圧診断部220は、変更後のカソードガス圧力とアノードガス圧力との極間差圧が許容閾値を超えるか否かの差圧診断を実行する。   According to the first embodiment of the present invention, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 estimates the stack inlet cathode pressure using the maximum value of the pressure loss of the WRD 26, and as a result, the estimated value becomes lower than the atmospheric pressure. In this case, the cathode gas pressure is changed from the estimated value to the detected value of the atmospheric pressure. Then, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 executes a differential pressure diagnosis as to whether or not the inter-electrode differential pressure between the changed cathode gas pressure and anode gas pressure exceeds an allowable threshold.

これにより、極間差圧診断部220は、大気圧よりも低いスタック入口カソード圧力の推定値に基づいて差圧診断を実行することを回避できる。したがって、差圧診断の結果、現実的に起こり得ない推定値に基づいて極間差圧が過大に見積もられ、必要以上にカソードガスやアノードガスの圧力が制限されるようなことを防ぐことができる。   Thereby, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 can avoid performing the differential pressure diagnosis based on the estimated value of the stack inlet cathode pressure lower than the atmospheric pressure. Therefore, as a result of differential pressure diagnosis, it is possible to prevent the pressure difference between the electrodes from being overestimated based on an estimated value that cannot actually occur, and preventing the cathode gas and anode gas pressure from being restricted more than necessary. Can do.

したがって、燃料電池スタック1内のカソードガス圧力の推定誤差に起因する運転制限を解消することができる。   Therefore, it is possible to eliminate the operation restriction caused by the estimation error of the cathode gas pressure in the fuel cell stack 1.

また、差圧診断に用いられる許容閾値には、圧力センサの検出誤差が加味されている。図3に示すように、大気圧センサ45の検出誤差Er1は、スタック入口カソード圧力の推定に使用されるカソード圧力センサ43の検出誤差Er2よりも小さい。   Further, a detection error of the pressure sensor is added to the allowable threshold value used for the differential pressure diagnosis. As shown in FIG. 3, the detection error Er1 of the atmospheric pressure sensor 45 is smaller than the detection error Er2 of the cathode pressure sensor 43 used to estimate the stack inlet cathode pressure.

そこで本実施形態では、極間差圧診断部220は、スタック入口カソード圧力の推定値を大気圧に変更した場合には、許容閾値に加算されるセンサ誤差を、カソード圧力センサ43の誤差から大気圧センサ45の誤差に切り替える。   Therefore, in this embodiment, when the estimated value of the stack inlet cathode pressure is changed to atmospheric pressure, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 increases the sensor error added to the allowable threshold from the error of the cathode pressure sensor 43. Switching to the error of the atmospheric pressure sensor 45.

大気圧センサ45の検出誤差は、カソード圧力センサ43の検出誤差よりも小さいため、許容閾値に加算するセンサ誤差を大気圧センサ45の検出誤差に切り替えることによって、極間差圧の診断誤差を小さくすることができる。   Since the detection error of the atmospheric pressure sensor 45 is smaller than the detection error of the cathode pressure sensor 43, by switching the sensor error to be added to the allowable threshold value to the detection error of the atmospheric pressure sensor 45, the diagnostic error of the differential pressure between the electrodes can be reduced. can do.

また、本実施形態では極間差圧診断部220は、スタック入口圧力推定部210で推定された推定値が大気圧よりも低い場合において大気圧とスタック入口アノード圧力との差圧が許容閾値を超えるときには、異常指令を出力する。そしてシステム制御部300は、異常指令を受けると、許容閾値を超えないようにアノードガスの圧力を制限する。   Further, in the present embodiment, the inter-electrode differential pressure diagnosis unit 220 determines that the differential pressure between the atmospheric pressure and the stack inlet anode pressure has an allowable threshold when the estimated value estimated by the stack inlet pressure estimation unit 210 is lower than the atmospheric pressure. When it exceeds, an abnormal command is output. When the system control unit 300 receives the abnormality command, the system control unit 300 limits the pressure of the anode gas so as not to exceed the allowable threshold.

このように、カソードガス圧力を大気圧に変更することで推定差圧が小さくなり実差圧に近づき、この状態でアノードガス又はカソードガスの圧力が制限されるので、過剰な差圧制限を緩和することができる。   In this way, changing the cathode gas pressure to atmospheric pressure reduces the estimated differential pressure and approaches the actual differential pressure. In this state, the pressure of the anode gas or cathode gas is limited, so the excess differential pressure limit is relaxed. can do.

なお、第1実施形態では、スタック入口カソード圧力の推定値が大気圧よりも低い場合に大気圧に変更する例について説明したが、このような推定誤差の補正処理は、システム制御部300を構成するアノードガス制御部の差圧制御にも適用することができる。そこで、アノードガス制御部の差圧制御への適用例について第2実施形態で説明する。   In the first embodiment, the example in which the estimated value of the stack inlet cathode pressure is changed to the atmospheric pressure when the estimated value is lower than the atmospheric pressure has been described. However, such an estimation error correction process constitutes the system control unit 300. This can also be applied to differential pressure control of the anode gas control unit. Thus, an application example of the anode gas control unit to the differential pressure control will be described in the second embodiment.

(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態におけるアノードガス制御部310の構成例を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the anode gas control unit 310 according to the second embodiment of the present invention.

アノードガス制御部310は、燃料電池スタック1内に滞留する窒素や水蒸気などの不純物を押し出すために、アノード調圧弁33を制御してアノードガスの圧力を脈動させる。本実施形態では、アノードガスの脈動下限圧力は、極間差圧を極力低くする目的で、カソードガスの圧力を基準に設定される。   The anode gas control unit 310 pulsates the pressure of the anode gas by controlling the anode pressure regulating valve 33 in order to push out impurities such as nitrogen and water vapor remaining in the fuel cell stack 1. In this embodiment, the pulsation lower limit pressure of the anode gas is set based on the pressure of the cathode gas for the purpose of reducing the inter-electrode differential pressure as much as possible.

アノードガス制御部310は、過大圧防止上限値演算部321と、アノードガス差圧制御部400と、目標脈動幅演算部323と、目標上限圧力算出部324と、脈動上限圧力設定部325と、脈動波形演算部326と、を備える。   The anode gas control unit 310 includes an excessive pressure prevention upper limit value calculation unit 321, an anode gas differential pressure control unit 400, a target pulsation width calculation unit 323, a target upper limit pressure calculation unit 324, a pulsation upper limit pressure setting unit 325, And a pulsation waveform calculation unit 326.

過大圧防止上限値演算部321は、アノードガスの過大圧力を防止するための過大アノード圧防止上限値を演算し、演算結果を脈動上限圧力設定部325に出力する。過大アノード圧防止上限値は、例えば、過大圧防止上限値演算部321に予め記憶されており、燃料電池スタック1内のアノードガス流路の耐久性を考慮して決められる。   The excessive pressure prevention upper limit value calculation unit 321 calculates an excessive anode pressure prevention upper limit value for preventing an excessive pressure of the anode gas, and outputs the calculation result to the pulsation upper limit pressure setting unit 325. The excessive anode pressure prevention upper limit value is stored in advance in the excessive pressure prevention upper limit value calculation unit 321, for example, and is determined in consideration of the durability of the anode gas flow path in the fuel cell stack 1.

アノードガス差圧制御部400は、電解質膜への過大な極間差圧を防止するために、極間差圧が許容閾値を超えないようにアノードガスの圧力を制御する。本実施形態では、アノードガス差圧制御部400は、WRD入口カソード圧力及び大気圧の検出値を用いて、過大差圧防止上限値を演算する。アノードガス差圧制御部400は、その過大差圧防止上限値を脈動上限圧力設定部325に出力する。アノードガス差圧制御部400の詳細構成については、図6を参照して後述する。   The anode gas differential pressure control unit 400 controls the pressure of the anode gas so that the inter-electrode differential pressure does not exceed the allowable threshold value in order to prevent an excessive inter-electrode differential pressure on the electrolyte membrane. In the present embodiment, the anode gas differential pressure control unit 400 calculates the excessive differential pressure prevention upper limit value using the WRD inlet cathode pressure and the detected value of the atmospheric pressure. The anode gas differential pressure control unit 400 outputs the excessive differential pressure prevention upper limit value to the pulsation upper limit pressure setting unit 325. The detailed configuration of the anode gas differential pressure control unit 400 will be described later with reference to FIG.

目標脈動幅演算部323は、燃料電池スタック1から取り出される発電電流の目標値(以下「目標電流」という。)に基づいて、不純物の排出性確保のための脈動幅の目標値を演算する。目標脈動幅演算部323は、目標電流が大きくなるほど、脈動幅の目標値を大きくする。   The target pulsation width calculation unit 323 calculates a target value of the pulsation width for ensuring impurity discharge based on a target value of power generation current taken out from the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “target current”). The target pulsation width calculator 323 increases the target value of the pulsation width as the target current increases.

なお、目標電流は、燃料電池スタック1に接続される駆動モータなどの負荷に基づいて設定される。例えば、アクセル操作量が大きくなるほど、駆動モータに必要な要求電力が大きくなるため、目標電流は大きな値に設定される。また、目標電流は、燃料電池システム100に設けられた各種センサの検出信号や各種電気部品の作動状態などによっても調整される。   The target current is set based on a load such as a drive motor connected to the fuel cell stack 1. For example, as the accelerator operation amount increases, the required power required for the drive motor increases, so the target current is set to a large value. The target current is also adjusted by detection signals of various sensors provided in the fuel cell system 100, operating states of various electric components, and the like.

本実施形態では、目標脈動幅演算部323には、発電電流と脈動幅とが互いに対応付けられた脈動幅マップが予め記憶されている。そして目標脈動幅演算部323は、目標電流を受け付けると、脈動幅マップを参照して目標電流に対応付けられた脈動幅の目標値を目標上限圧力算出部324に出力する。   In the present embodiment, the target pulsation width calculation unit 323 stores in advance a pulsation width map in which the generated current and the pulsation width are associated with each other. When the target pulsation width calculation unit 323 receives the target current, the target pulsation width calculation unit 323 outputs a target value of the pulsation width associated with the target current to the target upper limit pressure calculation unit 324 with reference to the pulsation width map.

目標上限圧力算出部324は、目標上限圧力算出部324から脈動幅の目標値を取得すると共に、脈動下限圧力信号線327から目標カソード圧力を取得する。目標カソード圧力は、燃料電池スタック1の発電に必要なカソードガス圧力の目標値であり、目標電流に基づいて設定される。   The target upper limit pressure calculation unit 324 acquires the target value of the pulsation width from the target upper limit pressure calculation unit 324 and acquires the target cathode pressure from the pulsation lower limit pressure signal line 327. The target cathode pressure is a target value of the cathode gas pressure necessary for power generation of the fuel cell stack 1, and is set based on the target current.

目標上限圧力算出部324は、目標カソード圧力に脈動幅の目標値を加算し、その加算した値を目標上限圧力として脈動上限圧力設定部325に出力する。   The target upper limit pressure calculation unit 324 adds the target value of the pulsation width to the target cathode pressure, and outputs the added value to the pulsation upper limit pressure setting unit 325 as the target upper limit pressure.

脈動上限圧力設定部325は、過大アノード圧防止上限値と、過大差圧防止上限値と、目標上限圧力の算出値とのうち最も小さな値を選択し、その選択した値を脈動上限圧力として脈動波形演算部326に設定する。   The pulsation upper limit pressure setting unit 325 selects the smallest value among the excessive anode pressure prevention upper limit value, the excessive differential pressure prevention upper limit value, and the calculated value of the target upper limit pressure, and pulsates using the selected value as the pulsation upper limit pressure. The waveform calculation unit 326 is set.

例えば、過大アノード圧防止上限値よりも過大差圧防止上限値の方が小さい状況で、目標電流の上昇に伴い目標上限圧力が過大差圧防止上限値を超えると、脈動上限圧力設定部325は、脈動上限圧力を過大差圧防止上限値に制限する。   For example, in a situation where the excessive differential pressure prevention upper limit value is smaller than the excessive anode pressure prevention upper limit value, and the target upper limit pressure exceeds the excessive differential pressure prevention upper limit value as the target current increases, the pulsation upper limit pressure setting unit 325 The pulsation upper limit pressure is limited to an excessive differential pressure prevention upper limit value.

あるいは、目標電流の上昇に伴いスタック入力カソード圧力が上昇し、過大差圧防止上限値が過大アノード圧防止上限値よりも高くなる場合もある。この場合に、目標上限圧力が過大差圧防止上限値を超えると、脈動上限圧力設定部325は、脈動上限圧力を過大アノード圧防止上限値に制限する。   Alternatively, the stack input cathode pressure increases as the target current increases, and the excessive differential pressure prevention upper limit value may become higher than the excessive anode pressure prevention upper limit value. In this case, when the target upper limit pressure exceeds the excessive differential pressure prevention upper limit value, the pulsation upper limit pressure setting unit 325 limits the pulsation upper limit pressure to the excessive anode pressure prevention upper limit value.

脈動波形演算部326は、脈動上限圧力設定部325から脈動上限圧力を受け付けると共に、目標カソード圧力を脈動下限圧力として受け付ける。また、脈動波形演算部326は、アノード圧力センサ44からスタック入口アノード圧力を取得する。そして脈動波形演算部326は、脈動上限圧力及び脈動下限圧力の設定値と、スタック入口アノード圧力の検出値とに基づいて、アノードガス圧力の目標値(以下「目標アノード圧力」という)を演算する。   The pulsation waveform calculation unit 326 receives the pulsation upper limit pressure from the pulsation upper limit pressure setting unit 325 and also receives the target cathode pressure as the pulsation lower limit pressure. Further, the pulsation waveform calculator 326 acquires the stack inlet anode pressure from the anode pressure sensor 44. The pulsation waveform calculation unit 326 calculates a target value of the anode gas pressure (hereinafter referred to as “target anode pressure”) based on the set values of the pulsation upper limit pressure and the pulsation lower limit pressure and the detected value of the stack inlet anode pressure. .

例えば、脈動波形演算部326は、目標アノード圧力を脈動上限圧力に設定し、スタック入口アノード圧力が脈動上限圧力まで上昇することを確認すると、目標アノードガス圧力を脈動下限圧力に切り替える。そして脈動波形演算部326は、スタック入口アノード圧が脈動下限圧力まで低下したことを確認した後に、再び目標アノードガス圧力を脈動上限圧力に設定する。このようにして脈動波形演算部326は、燃料電池スタック1に供給されるアノードガスの圧力を脈動させる。   For example, the pulsation waveform calculation unit 326 sets the target anode pressure to the pulsation upper limit pressure and switches the target anode gas pressure to the pulsation lower limit pressure when it is confirmed that the stack inlet anode pressure rises to the pulsation upper limit pressure. Then, after confirming that the stack inlet anode pressure has decreased to the pulsation lower limit pressure, the pulsation waveform calculation unit 326 sets the target anode gas pressure to the pulsation upper limit pressure again. In this way, the pulsation waveform calculation unit 326 pulsates the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1.

図6は、アノードガス差圧制御部400の詳細構成を示すブロック図である。   FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of the anode gas differential pressure control unit 400.

アノードガス差圧制御部400は、WRD圧損保持部411と、スタック入口圧力算出部412と、カソード圧力切替部413と、過大差圧防止上限値算出部414と、閾値設定部420と、を備える。なお、WRD圧損保持部411は、図2に示したWRD圧損保持部211と同じものであるため、ここでの説明を省略する。   The anode gas differential pressure control unit 400 includes a WRD pressure loss holding unit 411, a stack inlet pressure calculation unit 412, a cathode pressure switching unit 413, an excessive differential pressure prevention upper limit value calculation unit 414, and a threshold setting unit 420. . The WRD pressure loss holding unit 411 is the same as the WRD pressure loss holding unit 211 shown in FIG.

スタック入口圧力算出部412は、カソード圧力センサ43からWRD入口カソード圧力の検出値を取得し、その検出値から、WRD圧損保持部411に保持された圧力損失の最大値を減算する。スタック入口圧力算出部412は、その減算した値をスタック入口カソード圧力の推定値としてカソード圧力切替部413に出力する。   The stack inlet pressure calculation unit 412 acquires the detected value of the WRD inlet cathode pressure from the cathode pressure sensor 43, and subtracts the maximum value of the pressure loss held in the WRD pressure loss holding unit 411 from the detected value. The stack inlet pressure calculation unit 412 outputs the subtracted value to the cathode pressure switching unit 413 as an estimated value of the stack inlet cathode pressure.

カソード圧力切替部413は、スタック入口圧力算出部412からスタック入口カソード圧力の推定値を取得すると共に、大気圧センサ45から大気圧の検出値を取得する。そしてカソード圧力切替部413は、スタック入口カソード圧力の推定値と大気圧の検出値とのうち大きい方の値を選択し、選択した値を燃料電池スタック1内のカソードガス圧力として過大差圧防止上限値算出部414に出力する。   The cathode pressure switching unit 413 acquires the estimated value of the stack inlet cathode pressure from the stack inlet pressure calculation unit 412 and acquires the detected value of atmospheric pressure from the atmospheric pressure sensor 45. The cathode pressure switching unit 413 selects the larger value of the estimated value of the stack inlet cathode pressure and the detected value of the atmospheric pressure, and uses the selected value as the cathode gas pressure in the fuel cell stack 1 to prevent excessive differential pressure. The data is output to the upper limit calculator 414.

例えば、カソード圧力切替部413は、スタック入口カソード圧力の推定値が大気圧よりも小さい場合には、選択した大きい方の大気圧をカソードガス圧力として出力する。   For example, when the estimated value of the stack inlet cathode pressure is smaller than the atmospheric pressure, the cathode pressure switching unit 413 outputs the selected larger atmospheric pressure as the cathode gas pressure.

また、カソード圧力切替部413は、その選択した値がスタック入口カソード圧力の推定値である場合には、センサ切替フラグを「0」に設定し、選択した値が大気圧センサの検出値である場合には、センサ切替フラグを「0」から「1」に切り替える。   Further, when the selected value is an estimated value of the stack inlet cathode pressure, the cathode pressure switching unit 413 sets the sensor switching flag to “0”, and the selected value is the detection value of the atmospheric pressure sensor. In this case, the sensor switching flag is switched from “0” to “1”.

閾値設定部420は、電解質膜を保護するための許容閾値を過大差圧防止上限値算出部414に設定する。   The threshold value setting unit 420 sets an allowable threshold value for protecting the electrolyte membrane in the excessive differential pressure prevention upper limit value calculation unit 414.

閾値設定部420は、許容差圧保持部421と、カソード圧力センサ誤差保持部422と、大気圧センサ誤差保持部423と、センサ誤差切替部424と、許容閾値算出部425と、を備える。   The threshold setting unit 420 includes an allowable differential pressure holding unit 421, a cathode pressure sensor error holding unit 422, an atmospheric pressure sensor error holding unit 423, a sensor error switching unit 424, and an allowable threshold value calculating unit 425.

許容差圧保持部421には、カソードガス圧力とアノードガス圧力との許容差圧として、電解質膜で許容できる極間差圧の耐圧上限値が保持されている。   The permissible differential pressure holding unit 421 holds the withstand pressure upper limit value of the inter-electrode differential pressure that can be allowed by the electrolyte membrane as the permissible differential pressure between the cathode gas pressure and the anode gas pressure.

カソード圧力センサ誤差保持部422には、カソード圧力センサ43の検出誤差(センサ誤差)に関する誤差値が保持されている。   The cathode pressure sensor error holding unit 422 holds an error value related to a detection error (sensor error) of the cathode pressure sensor 43.

カソード圧力センサ43に関する誤差値としては、例えばアノードガスの脈動制御で使用されるアノード圧力センサ44の検出誤差とカソード圧力センサ43の検出誤差との二乗和平均値が用いられる。なお、カソード圧力センサ43及びアノード圧力センサ44の各検出誤差と制御誤差との二乗和平均値を用いても良い。これにより、検出誤差及び制御誤差によって電解質膜に過大な差圧が生じることをより確実に防止することができる。   As the error value related to the cathode pressure sensor 43, for example, a square sum average value of the detection error of the anode pressure sensor 44 used in the pulsation control of the anode gas and the detection error of the cathode pressure sensor 43 is used. Note that the mean square value of the detection errors and control errors of the cathode pressure sensor 43 and the anode pressure sensor 44 may be used. Thereby, it can prevent more reliably that an excessive differential pressure | voltage arises in an electrolyte membrane by a detection error and a control error.

大気圧センサ誤差保持部423には、大気圧センサ45の検出誤差に関する誤差値が保持されている。   The atmospheric pressure sensor error holding unit 423 holds an error value related to the detection error of the atmospheric pressure sensor 45.

大気圧センサ45の検出誤差に関する誤差値としては、カソード圧力センサ43に関する誤差値と同様に、アノード圧力センサ44及び大気圧センサ45の各検出誤差との二乗和平均値を用いても良い。あるいは、アノード圧力センサ44及び大気圧センサ45の各検出誤差と制御誤差との二乗和平均値を用いても良い。この場合にも、検出誤差及び制御誤差に伴う電解質膜に対する過大差圧をより確実に防止することができる。   As the error value related to the detection error of the atmospheric pressure sensor 45, the square sum average value of the detection errors of the anode pressure sensor 44 and the atmospheric pressure sensor 45 may be used similarly to the error value related to the cathode pressure sensor 43. Or you may use the square sum average value of each detection error of the anode pressure sensor 44 and the atmospheric pressure sensor 45, and a control error. Also in this case, an excessive differential pressure with respect to the electrolyte membrane due to a detection error and a control error can be prevented more reliably.

センサ誤差切替部424は、センサ切替フラグに基づいて、許容閾値に見込むべきセンサ誤差量を、カソード圧力センサ誤差保持部422の誤差値から、大気圧センサ誤差保持部423の誤差値に切り替える。   Based on the sensor switching flag, the sensor error switching unit 424 switches the sensor error amount that should be considered as the allowable threshold value from the error value of the cathode pressure sensor error holding unit 422 to the error value of the atmospheric pressure sensor error holding unit 423.

例えば、センサ誤差切替部424は、センサ切替フラグが「0」を示す場合には、過大差圧防止上限値の算出にスタック入口カソード圧力の推定値が使用されるため、カソード圧力センサ誤差保持部422から誤差値を許容閾値算出部425に出力する。   For example, when the sensor switching flag indicates “0”, the sensor error switching unit 424 uses the estimated value of the stack inlet cathode pressure for calculating the excessive differential pressure prevention upper limit value. From 422, the error value is output to the allowable threshold value calculation unit 425.

また、センサ誤差切替部424は、センサ切替フラグが「1」を示す場合には、過大差圧防止上限値の算出に大気圧が使用されるため、大気圧センサ誤差保持部423から誤差値を許容閾値算出部425に出力する。   In addition, when the sensor switching flag indicates “1”, the sensor error switching unit 424 uses the atmospheric pressure to calculate the excessive differential pressure prevention upper limit value. Therefore, the sensor error switching unit 424 sets the error value from the atmospheric pressure sensor error holding unit 423. The result is output to the allowable threshold calculation unit 425.

許容閾値算出部425は、許容差圧保持部421に保持された許容差圧からセンサ誤差値を減算し、その減算した値を許容閾値として過大差圧防止上限値算出部414に出力する。   The allowable threshold calculation unit 425 subtracts the sensor error value from the allowable differential pressure held in the allowable differential pressure holding unit 421, and outputs the subtracted value to the excessive differential pressure prevention upper limit value calculation unit 414 as the allowable threshold.

過大差圧防止上限値算出部414は、許容閾値にカソード圧力切替部413からのカソードガス圧力を加算し、その加算した値をアノードガスの過大差圧防止上限値として脈動上限圧力設定部325に出力する。   The excessive differential pressure prevention upper limit value calculation unit 414 adds the cathode gas pressure from the cathode pressure switching unit 413 to the allowable threshold value, and uses the added value as the anode gas excessive pressure difference prevention upper limit value to the pulsation upper limit pressure setting unit 325. Output.

このようにアノードガス差圧制御部400では、カソードガス圧力に許容閾値を加算した値(過大差圧防止上限値)を脈動上限圧力設定部325に設定することにより、アノードガスの脈動上限圧力が許容閾値を超えないように目標アノードガス圧力が制限される。   In this way, the anode gas differential pressure control unit 400 sets the value obtained by adding the allowable threshold to the cathode gas pressure (the excessive differential pressure prevention upper limit value) in the pulsation upper limit pressure setting unit 325, whereby the pulsation upper limit pressure of the anode gas is set. The target anode gas pressure is limited so as not to exceed an acceptable threshold.

そしてカソードガス圧力については、スタック入口カソード圧力の推定値が大気圧よりも低い場合には、カソード圧力切替部413によって、カソードガス圧力が大気圧よりも低い値にならないように推定値から大気圧に切り替えられる。これにより、大気圧よりも低い推定値によって過大差圧防止上限値が低く設定されることを回避できるので、過剰に脈動上限圧力を低く設定して脈動運転を制限することを防止できる。   As for the cathode gas pressure, when the estimated value of the stack inlet cathode pressure is lower than the atmospheric pressure, the cathode pressure switching unit 413 determines that the cathode gas pressure does not become lower than the atmospheric pressure. Can be switched to. Thereby, it is possible to avoid setting the excessive differential pressure prevention upper limit value to be low due to the estimated value lower than the atmospheric pressure, so that it is possible to prevent the pulsation operation from being restricted by setting the pulsation upper limit pressure too low.

また、許容閾値については、カソードガス圧力が大気圧に設定された場合にセンサ誤差切替部424によって、許容閾値に加味されるセンサ誤差量がカソード圧力センサ43に関する誤差から大気圧センサ45に関する誤差に切り替えられる。これにより、カソードガス圧力が大気圧に設定されたときに、カソード圧力センサ43に比べて検出誤差の小さい大気圧センサ45の誤差が適切に許容閾値に反映されるので、アノードガスの差圧制御の誤差を小さくすることができる。   As for the permissible threshold, the sensor error switching unit 424 changes the sensor error amount added to the permissible threshold from the error related to the cathode pressure sensor 43 to the error related to the atmospheric pressure sensor 45 when the cathode gas pressure is set to atmospheric pressure. Can be switched. As a result, when the cathode gas pressure is set to atmospheric pressure, the error of the atmospheric pressure sensor 45, which has a smaller detection error than the cathode pressure sensor 43, is appropriately reflected in the allowable threshold. The error can be reduced.

本実施形態では、アノードガス差圧制御によって脈動上限圧力を制限しているので、センサ誤差が大きくなるほど、制限値である過大差圧防止上限値を低くしなければならないため、許容差圧からセンサ誤差を減算する。   In this embodiment, the pulsation upper limit pressure is limited by the anode gas differential pressure control. Therefore, as the sensor error increases, the upper limit value for preventing the excessive differential pressure, which is the limit value, must be lowered. Subtract the error.

一方、アノードガス差圧制御によって脈動下限圧力を低く制限するような構成では、センサ誤差が大きいほど、脈動下限圧力の下限値を低く制限しなければならない。したがって、カソード圧力切替部413によってカソードガス圧力が大気圧に設定されたときには、大気圧センサ45のセンサ誤差が許容差圧に加算されて許容閾値が算出される。   On the other hand, in a configuration in which the pulsation lower limit pressure is limited to be low by anode gas differential pressure control, the lower limit value of the pulsation lower limit pressure must be limited to be lower as the sensor error is larger. Therefore, when the cathode gas pressure is set to the atmospheric pressure by the cathode pressure switching unit 413, the sensor error of the atmospheric pressure sensor 45 is added to the allowable differential pressure, and the allowable threshold value is calculated.

このように、閾値設定部420では、差圧制御によって上限圧力を制限する場合には許容閾値からセンサ誤差が減算され、下限圧力を制限する場合には許容閾値にセンサ誤差が加算される。   Thus, in the threshold setting unit 420, the sensor error is subtracted from the allowable threshold when the upper limit pressure is limited by differential pressure control, and the sensor error is added to the allowable threshold when the lower limit pressure is limited.

本発明の第2実施形態によれば、アノードガス差圧制御部400は、スタック入口カソード圧力の推定値が大気圧よりも低い場合には、カソード圧力切替部413によって大気圧がカソードガス圧力として設定される。脈動上限圧力設定部325は、カソードガス圧力の設定値を脈動下限圧力に設定し、脈動下限圧力の設定値に脈動幅の目標値を加算して目標上限圧力を出力する。   According to the second embodiment of the present invention, when the estimated value of the stack inlet cathode pressure is lower than the atmospheric pressure, the anode gas differential pressure control unit 400 converts the atmospheric pressure into the cathode gas pressure by the cathode pressure switching unit 413. Is set. The pulsation upper limit pressure setting unit 325 sets the set value of the cathode gas pressure to the pulsation lower limit pressure, adds the target value of the pulsation width to the set value of the pulsation lower limit pressure, and outputs the target upper limit pressure.

そして脈動上限圧力設定部325は、目標上限圧力がアノードガス差圧制御部400の過大差圧防止上限値を超えたときに、大気圧と目標上限圧力との差圧が許容閾値を超えたと判断し、脈動上限圧力を過大差圧防止上限値に設定する。すなわち、アノードガス差圧制御部400は、大気圧と目標上限圧力との差圧が許容閾値を超えると判断されたときに、過大差圧防止上限値によって脈動上限圧力を制限する。   The pulsation upper limit pressure setting unit 325 determines that the differential pressure between the atmospheric pressure and the target upper limit pressure has exceeded the allowable threshold when the target upper limit pressure exceeds the excessive differential pressure prevention upper limit value of the anode gas differential pressure control unit 400. Then, the pulsation upper limit pressure is set to an excessive differential pressure prevention upper limit value. That is, the anode gas differential pressure control unit 400 limits the pulsation upper limit pressure by the excessive differential pressure prevention upper limit value when it is determined that the differential pressure between the atmospheric pressure and the target upper limit pressure exceeds the allowable threshold.

このように、カソードガス圧力を推定値から大気圧に変更し、変更後のカソードガス圧力に基づいて脈動上限圧力の差圧制御を実行することにより、アノードガスの脈動幅の制限を抑制することができる。このため、現実的でないカソードガス圧力の推定値によって脈動運転が極端に制限されることを防止することができる。   As described above, the cathode gas pressure is changed from the estimated value to the atmospheric pressure, and the differential control of the pulsation upper limit pressure is executed based on the changed cathode gas pressure, thereby suppressing the limitation of the pulsation width of the anode gas. Can do. For this reason, it is possible to prevent the pulsation operation from being extremely limited by an unrealistic estimated value of the cathode gas pressure.

なお、本実施形態では、システム制御部300で行われる差圧制御としてアノードガスの圧力を制御する例について説明したが、脈動上限圧力の設定値とカソードガス圧力の設定値との差圧が許容閾値を超えないように、カソードガスの圧力を制御するようにしても良い。このようにカソードガス制御部で差圧制御を実行する場合にも、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the example in which the pressure of the anode gas is controlled as the differential pressure control performed by the system control unit 300 has been described. However, the differential pressure between the set value of the pulsation upper limit pressure and the set value of the cathode gas pressure is acceptable. The cathode gas pressure may be controlled so as not to exceed the threshold value. In this way, the same effect can be obtained when the differential pressure control is executed by the cathode gas control unit.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

例えば、本実施形態では、極間差圧を推定するためにスタック入口アノード圧力の検出値を用いたが、目標アノードガス圧力の設定値を用いても良い。   For example, in this embodiment, the detected value of the stack inlet anode pressure is used to estimate the inter-electrode differential pressure, but a set value of the target anode gas pressure may be used.

また、本実施形態では、WRD26がカソードガスを加湿する加湿器として用いられたが、加湿器は、加湿の際に圧力損失を伴うものであれば良い。   In the present embodiment, the WRD 26 is used as a humidifier that humidifies the cathode gas. However, the humidifier may be any one that causes pressure loss during humidification.

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。   In addition, the said embodiment can be combined suitably.

100 燃料電池システム
1 燃料電池スタック
26 WRD(加湿器)
43 カソード圧力センサ(ガス圧検出器)
210 スタック入口圧力推定部(推定部)
220 極間差圧診断部(診断部)
300 システム制御部(差圧制御部)
325 脈動上限圧力設定部(脈動演算部)
400 アノードガス差圧制御部(差圧制御部)
100 Fuel cell system 1 Fuel cell stack 26 WRD (humidifier)
43 Cathode pressure sensor (gas pressure detector)
210 Stack inlet pressure estimation unit (estimation unit)
220 Interpolar differential pressure diagnosis unit (diagnosis unit)
300 System controller (differential pressure controller)
325 Pulsation upper limit pressure setting unit (Pulse calculation unit)
400 Anode gas differential pressure control unit (differential pressure control unit)

Claims (4)

燃料電池にアノードガス及びカソードガスを供給すると共に、負荷に応じて発電する燃料電池システムであって、
カソードガス供給通路に設けられ、カソードガスを加湿する加湿器と、
前記加湿器の上流に設けられ、カソードガスの圧力を検出するガス圧検出器と、
前記ガス圧検出器で検出される圧力から前記加湿器の圧力損失を減算した値を前記燃料電池内のカソードガスの圧力として推定する推定部と、
前記燃料電池内のカソードガスの圧力とアノードガスの圧力との差圧が燃料電池保護のための許容閾値を超えるか否かを判断する診断部と、を含み、
前記診断部は、前記推定部で推定された値が大気圧よりも低いと判断した場合には、前記燃料電池内のカソードガスの圧力を前記大気圧に設定する、
燃料電池システム。
A fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to a fuel cell and generates electric power according to a load,
A humidifier provided in the cathode gas supply passage to humidify the cathode gas;
A gas pressure detector that is provided upstream of the humidifier and detects the pressure of the cathode gas;
An estimation unit that estimates a value obtained by subtracting the pressure loss of the humidifier from the pressure detected by the gas pressure detector as the pressure of the cathode gas in the fuel cell;
A diagnostic unit for determining whether or not a differential pressure between the pressure of the cathode gas and the pressure of the anode gas in the fuel cell exceeds an allowable threshold for protecting the fuel cell,
When the diagnosis unit determines that the value estimated by the estimation unit is lower than the atmospheric pressure, the cathode gas pressure in the fuel cell is set to the atmospheric pressure.
Fuel cell system.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記推定部で推定された値が大気圧よりも低い場合において前記大気圧とアノードガスの圧力との差圧が前記許容閾値を超えるときには、前記燃料電池に供給されるカソードガス又はアノードガスの圧力を制限する差圧制御部をさらに含む
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The pressure of the cathode gas or the anode gas supplied to the fuel cell when the differential pressure between the atmospheric pressure and the anode gas pressure exceeds the allowable threshold when the value estimated by the estimation unit is lower than the atmospheric pressure. A fuel cell system further including a differential pressure control unit for limiting the pressure.
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の外部に設けられ、前記大気圧を検出する気圧検出器を含み、
前記診断部は、前記大気圧を前記カソードガスの圧力として設定した場合には前記気圧検出器の誤差を許容閾値に加算し、前記推定された値を前記カソードガスの圧力として設定した場合には前記ガス圧検出器の誤差を許容閾値に加算する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
An atmospheric pressure detector provided outside the fuel cell for detecting the atmospheric pressure;
The diagnostic unit adds the error of the atmospheric pressure detector to an allowable threshold when the atmospheric pressure is set as the cathode gas pressure, and when the estimated value is set as the cathode gas pressure. Adding the gas pressure detector error to an acceptable threshold;
Fuel cell system.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池内のカソードガスの圧力に基づくアノードガスの圧力と、前記燃料電池内の不純物の排出に必要な脈動幅と、に基づいてアノードガスの脈動上限圧力を算出する脈動演算部と、
前記アノードガスの脈動上限圧力と前記カソードガスの圧力との差圧が前記許容閾値を超える場合には、前記アノードガスの脈動上限圧力を小さくする差圧制御部と、
を含む燃料電池システム。
In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A pulsation calculating unit that calculates the pulsation upper limit pressure of the anode gas based on the pressure of the anode gas based on the pressure of the cathode gas in the fuel cell and the pulsation width necessary for discharging impurities in the fuel cell;
A differential pressure control unit that reduces the pulsation upper limit pressure of the anode gas when the differential pressure between the pulsation upper limit pressure of the anode gas and the pressure of the cathode gas exceeds the allowable threshold;
Including fuel cell system.
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