JP6555169B2 - Control method of fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a control method for a fuel cell system.

燃料電池システムは、一般的に、発電によって生じた水を一定量貯水する貯水部を備えている。例えば、特許文献1に記載された燃料電池システムでは、貯水部内の水が、貯水部内の排水口から排出可能な位置にあるか否かを加速度センサを用いて判定し、その判定結果に基づいて排出弁の開閉を制御している。   A fuel cell system generally includes a water storage unit that stores a certain amount of water generated by power generation. For example, in the fuel cell system described in Patent Document 1, it is determined using an acceleration sensor whether or not the water in the water reservoir is in a position where it can be discharged from a drain outlet in the water reservoir, and based on the determination result. Controls the opening and closing of the discharge valve.

特開2008−262735号公報JP 2008-262735 A

特許文献1に記載の燃料電池システムは、排水口が完全に水で覆われていない時に水の排出を行おうとすると、水の排出を行うタイミングを逃す場合があり、その場合には、高い加速度が加わった時に、排出されなかった水が、水素ポンプや燃料電池スタックに逆流する可能性がある。一方、排水口が完全に水で覆われていない時に排出弁を開弁すると、水の排出は可能であるが、燃料ガスが無駄に排出されてしまう場合がある。また、高い加速度が加わり排出口へ流れ込まない位置に水が移動すると、水が残った状態にもかかわらずガスが排出されるため、排水完了と誤判断され、排出弁が閉鎖される可能性がある。そうすると、水が貯水部内に残る可能性がある。そのため、燃料電池システムにおいて、加速度によって貯水部内の水面が傾いた場合にも、効果的に水の排出を行いつつ、燃料ガスが無駄に排出されることを抑制できる技術が望まれていた。   In the fuel cell system described in Patent Document 1, if the drain is to be discharged when the drain port is not completely covered with water, the timing for discharging the water may be missed. When water is added, water that is not discharged may flow back to the hydrogen pump or the fuel cell stack. On the other hand, if the drain valve is opened when the drain port is not completely covered with water, water can be discharged, but the fuel gas may be wasted. In addition, if water moves to a position where high acceleration is applied and does not flow into the discharge port, the gas is discharged despite the remaining water, so it may be erroneously determined that drainage is complete and the discharge valve may be closed. is there. If so, water may remain in the reservoir. Therefore, in the fuel cell system, there has been a demand for a technique capable of suppressing wasteful discharge of fuel gas while effectively discharging water even when the water surface in the water storage portion is inclined due to acceleration.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムの制御方法が提供される。この燃料電池システムの制御方法は、燃料電池のアノードオフガスを前記燃料電池に循環させる循環流路と;前記循環流路に接続され、前記循環流路内の前記アノードオフガスから生成水を分離して貯水する貯水部と;前記貯水部の下部に設けられ、前記貯水部に貯水された前記生成水の排水と、前記貯水部内の前記アノードオフガスの排気とを行う排出弁と;前記排出弁の開閉を制御する制御装置と;前記貯水部内の前記生成水の水面の傾斜角度を推定するためのセンサと、を備え;前記貯水部が前記排出弁へ向かって傾斜した傾斜面を内部に有する燃料電池システムの制御方法であって、(a)前記制御装置が、前記貯水部内の前記生成水が規定量となった場合に、前記排出弁を開き、(b)前記工程(a)の後、前記制御装置が、前記センサを用いて推定した前記水面の傾斜角度が前記傾斜面の傾斜角度より大きい場合に、前記循環流路内の圧力低下が発生してから、前記排出弁を閉じ、(c)前記工程(b)の後、前記制御装置が、前記センサを用いて推定した前記水面の傾斜角度が前記傾斜面の傾斜角度以下になった場合に、前記排出弁を開く。この形態の燃料電池システムの制御方法によれば、上記工程(a)、(b)、(c)を行うことにより、加速度によって貯水部内の水面が傾いた場合にも効果的に水の排出を行いつつ、燃料ガスが無駄に排出されることを抑制できる。 (1) According to one aspect of the present invention, a method for controlling a fuel cell system is provided. The control method of the fuel cell system includes a circulation flow path for circulating the anode off-gas of the fuel cell to the fuel cell; and is connected to the circulation flow path to separate generated water from the anode off-gas in the circulation flow path A water storage section for storing water; a discharge valve provided at a lower portion of the water storage section for draining the generated water stored in the water storage section and exhausting the anode off-gas in the water storage section; opening and closing of the discharge valve And a sensor for estimating the inclination angle of the water surface of the generated water in the water reservoir; a fuel cell having an inclined surface in which the water reservoir is inclined toward the discharge valve. A control method of a system, wherein (a) the control device opens the discharge valve when the generated water in the water storage section reaches a specified amount, and (b) after the step (a), The control device is When the inclination angle of the water surface estimated using the sensor is larger than the inclination angle of the inclined surface, the discharge valve is closed after the pressure drop in the circulation passage occurs, and (c) the step (b) ), The control device opens the discharge valve when the inclination angle of the water surface estimated using the sensor becomes equal to or less than the inclination angle of the inclined surface. According to the control method of the fuel cell system of this embodiment, by performing the steps (a), (b), and (c), water can be effectively discharged even when the water surface in the water storage section is inclined due to acceleration. While performing, it can suppress that fuel gas is discharged | emitted wastefully.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池を搭載した車両、車両に搭載される燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法を実行する制御装置などの形態で実現することができる。   It should be noted that the present invention can be realized in various modes, such as a vehicle equipped with a fuel cell, a fuel cell system mounted on the vehicle, a control device that executes a control method for the fuel cell system, and the like. Can be realized.

燃料電池システムの概略構成を示す概略図である。It is the schematic which shows schematic structure of a fuel cell system. 貯水部の概形図である。It is a schematic diagram of a water storage part. 排水処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a waste water treatment. 加速度が発生したときの貯水部内の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode in the water storage part when acceleration generate | occur | produces.

A.実施形態:
図1は、本発明の一実施形態における燃料電池システム100の概略構成を示す概略図である。燃料電池システム100は、燃料電池10と、制御装置20と、酸化ガス流路系30と、燃料ガス流路系50と、を備える。本実施形態では、燃料電池システム100は、車両200に搭載され、車両200に備えられたトラクションモータ(図示せず)等の電力源として利用される。
A. Embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 10, a control device 20, an oxidizing gas channel system 30, and a fuel gas channel system 50. In the present embodiment, the fuel cell system 100 is mounted on a vehicle 200 and used as a power source such as a traction motor (not shown) provided in the vehicle 200.

燃料電池10は、反応ガスとして水素(燃料ガス)と空気(酸化ガス)との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池10は、複数のセル11が積層されたスタック構造を有する。各セル11は、電解質膜(図示せず)の両面に電極を配置した膜電極接合体(図示せず)と、膜電極接合体を挟持する1組のセパレータとを有する。燃料電池10によって発電された電力は、DC/DCコンバータ90を介してバッテリ92に蓄電される。バッテリ92には、種々の負荷93が接続されている。後述するエアコンプレッサ32や循環用ポンプ64、各種弁には、燃料電池10またはバッテリ92から電力が供給され、駆動される。   The fuel cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by receiving supply of hydrogen (fuel gas) and air (oxidizing gas) as reaction gases. The fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of cells 11 are stacked. Each cell 11 has a membrane electrode assembly (not shown) in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane (not shown), and a set of separators that sandwich the membrane electrode assembly. The electric power generated by the fuel cell 10 is stored in the battery 92 via the DC / DC converter 90. Various loads 93 are connected to the battery 92. Electric power is supplied from the fuel cell 10 or the battery 92 to the air compressor 32, the circulation pump 64, and various valves, which will be described later, and is driven.

酸化ガス流路系30は、酸化ガス配管31と、エアコンプレッサ32と、開閉弁33と、カソードオフガス配管41と、レギュレータ42と、を備える。酸化ガス流路系30には、燃料電池10内のカソード側の流路が含まれる。   The oxidizing gas flow path system 30 includes an oxidizing gas pipe 31, an air compressor 32, an on-off valve 33, a cathode offgas pipe 41, and a regulator 42. The oxidizing gas flow path system 30 includes a flow path on the cathode side in the fuel cell 10.

エアコンプレッサ32は、酸化ガス配管31を介して燃料電池10と接続されている。エアコンプレッサ32は、制御装置20からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、酸化ガスとして燃料電池10に供給する。   The air compressor 32 is connected to the fuel cell 10 via the oxidizing gas pipe 31. The air compressor 32 compresses air taken from outside in accordance with a control signal from the control device 20 and supplies the compressed air to the fuel cell 10 as an oxidizing gas.

開閉弁33は、エアコンプレッサ32と燃料電池10との間に設けられており、酸化ガス配管31における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁33は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ32から所定の圧力を有する空気が酸化ガス配管31に供給されたときに開く。   The on-off valve 33 is provided between the air compressor 32 and the fuel cell 10 and opens and closes according to the flow of supply air in the oxidizing gas pipe 31. Specifically, the on-off valve 33 is normally in a closed state and opens when air having a predetermined pressure is supplied from the air compressor 32 to the oxidizing gas pipe 31.

カソードオフガス配管41は、燃料電池10のカソードから排出されたカソードオフガスを燃料電池システム100の外部へと排出する。レギュレータ42は、制御装置20からの制御信号に応じて、カソードオフガス配管41におけるカソードオフガスの圧力(燃料電池10のカソード側の背圧)を調整する。   The cathode offgas pipe 41 discharges the cathode offgas discharged from the cathode of the fuel cell 10 to the outside of the fuel cell system 100. The regulator 42 adjusts the cathode offgas pressure (back pressure on the cathode side of the fuel cell 10) in the cathode offgas piping 41 in accordance with a control signal from the control device 20.

燃料ガス流路系50は、燃料ガス配管51と、水素タンク52と、開閉弁53と、レギュレータ54と、インジェクタ55と、排出弁60と、アノードオフガス配管61と、圧力センサ62と、循環配管63と、循環用ポンプ64と、貯水部70と、を備える。燃料ガス流路系50には、燃料電池10内のアノード側の流路が含まれる。以下では、燃料ガス配管51のインジェクタ55よりも下流側と、燃料電池10内のアノード側の流路と、アノードオフガス配管61と、循環配管63と、貯水部70と、で構成される流路のことを、循環流路65ともいう。循環流路65は、燃料電池10のアノードオフガスを燃料電池10に循環させるための流路である。循環流路65には、循環流路65内の圧力を検出するための圧力センサ62が接続されている。   The fuel gas passage system 50 includes a fuel gas pipe 51, a hydrogen tank 52, an on-off valve 53, a regulator 54, an injector 55, a discharge valve 60, an anode off-gas pipe 61, a pressure sensor 62, and a circulation pipe. 63, a circulation pump 64, and a water storage unit 70. The fuel gas channel system 50 includes an anode-side channel in the fuel cell 10. In the following, the flow path constituted by the downstream side of the injector 55 of the fuel gas pipe 51, the flow path on the anode side in the fuel cell 10, the anode off-gas pipe 61, the circulation pipe 63, and the water reservoir 70. This is also referred to as a circulation channel 65. The circulation channel 65 is a channel for circulating the anode off gas of the fuel cell 10 to the fuel cell 10. A pressure sensor 62 for detecting the pressure in the circulation channel 65 is connected to the circulation channel 65.

水素タンク52は、燃料ガス配管51を介して燃料電池10のアノードと接続されており、内部に充填されている水素を燃料電池10に供給する。開閉弁53、レギュレータ54、インジェクタ55は、燃料ガス配管51に、この順序で上流側、つまり水素タンク52に近い側、から設けられている。   The hydrogen tank 52 is connected to the anode of the fuel cell 10 through the fuel gas pipe 51, and supplies the hydrogen filled inside to the fuel cell 10. The on-off valve 53, the regulator 54, and the injector 55 are provided in the fuel gas pipe 51 in this order from the upstream side, that is, the side close to the hydrogen tank 52.

開閉弁53は、制御装置20からの制御信号に応じて開閉し、水素タンク52からインジェクタ55の上流側への水素の流入を制御する。燃料電池システム100の停止時には開閉弁53は閉じられる。レギュレータ54は、制御装置20からの制御信号に応じて、インジェクタ55の上流側における水素の圧力を調整する。インジェクタ55は、制御装置20によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御装置20は、インジェクタ55の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池10に供給される水素の量を制御する。   The on-off valve 53 opens and closes in response to a control signal from the control device 20 and controls the inflow of hydrogen from the hydrogen tank 52 to the upstream side of the injector 55. When the fuel cell system 100 is stopped, the on-off valve 53 is closed. The regulator 54 adjusts the hydrogen pressure on the upstream side of the injector 55 in accordance with a control signal from the control device 20. The injector 55 is an electromagnetically driven on / off valve in which the valve element is electromagnetically driven in accordance with the driving cycle and valve opening time set by the control device 20. The control device 20 controls the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 10 by controlling the drive cycle and valve opening time of the injector 55.

アノードオフガス配管61は、燃料電池10のアノードの出口と貯水部70とを接続する配管である。アノードオフガス配管61は、発電反応に用いられることのなかった燃料ガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを貯水部70へと誘導する。   The anode off-gas pipe 61 is a pipe that connects the outlet of the anode of the fuel cell 10 and the water storage unit 70. The anode off gas pipe 61 guides the anode off gas containing fuel gas, nitrogen gas, and the like that has not been used for the power generation reaction to the water storage unit 70.

貯水部70は、循環流路65のアノードオフガス配管61と循環配管63との間に接続されている。貯水部70は、循環流路65内のアノードオフガスから生成水を分離して貯水する。貯水部70のことを「気液分離器」ともいう。   The water reservoir 70 is connected between the anode off-gas pipe 61 and the circulation pipe 63 of the circulation channel 65. The water storage unit 70 separates and stores the generated water from the anode off gas in the circulation flow path 65. The water reservoir 70 is also referred to as a “gas-liquid separator”.

循環配管63は、燃料ガス配管51のインジェクタ55より下流に接続されている。循環配管63には、制御装置20からの制御信号に応じて駆動される循環用ポンプ64が設けられている。この循環用ポンプ64によって、貯水部70によって生成水が分離されたアノードオフガスが、燃料ガス配管51へと送り出される。このように、この燃料電池システム100では、水素を含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池10に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。   The circulation pipe 63 is connected downstream from the injector 55 of the fuel gas pipe 51. The circulation pipe 63 is provided with a circulation pump 64 that is driven in accordance with a control signal from the control device 20. The anode off gas from which the generated water has been separated by the water reservoir 70 is sent out to the fuel gas pipe 51 by the circulation pump 64. Thus, in this fuel cell system 100, the anode off gas containing hydrogen is circulated and supplied to the fuel cell 10 again, thereby improving the utilization efficiency of hydrogen.

排出弁60は、貯水部70の下部に設けられている。排出弁60は、貯水部70に貯水された生成水の排水と、貯水部70内のアノードオフガスの排気と、を行う。燃料電池システム100の運転中は、通常、排出弁60は閉じられており、制御装置20からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排出弁60は、カソードオフガス配管41に接続されており、排出弁60によって排出された生成水およびアノードオフガスは、カソードオフガス配管41を通じて外部へ排出される。   The drain valve 60 is provided in the lower part of the water reservoir 70. The discharge valve 60 drains the generated water stored in the water storage unit 70 and exhausts the anode off gas in the water storage unit 70. During operation of the fuel cell system 100, the discharge valve 60 is normally closed and opens and closes in response to a control signal from the control device 20. In the present embodiment, the discharge valve 60 is connected to the cathode offgas pipe 41, and the generated water and the anode offgas discharged by the discharge valve 60 are discharged to the outside through the cathode offgas pipe 41.

制御装置20は、CPUとメモリと、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。CPUは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する排水処理を実現するほか、燃料電池システム100の運転制御を行う。制御装置20には、加速度センサ80が接続されている。加速度センサ80は、重力加速度の向きを検出するセンサである。制御装置20は加速度センサ80を用いて、貯水部70内の生成水の水面の傾斜角度を推定する。   The control device 20 is configured as a computer including a CPU, a memory, and an interface circuit to which the above-described components are connected. The CPU executes a control program stored in the memory, thereby realizing drainage treatment described later and performing operation control of the fuel cell system 100. An acceleration sensor 80 is connected to the control device 20. The acceleration sensor 80 is a sensor that detects the direction of gravity acceleration. The control device 20 uses the acceleration sensor 80 to estimate the inclination angle of the water surface of the generated water in the water storage unit 70.

図2は、貯水部70の概形図である。貯水部70は、導入口71と、排出口72と、排出部73と、傾斜面74と、を有する。貯水部70内には、導入口71に接続されたアノードオフガス配管61から、アノードオフガスが導入される。そして、循環配管63に接続された排出口72から、生成水75を分離した後のアノードオフガスが排出される。排出部73は、貯水部70の下部に設けられており、排出弁60が接続されている。貯水部70の内部には、排出部73に向かって傾斜する傾斜面74が設けられている。この傾斜面74により、貯水部70は、生成水75とアノードオフガスとをスムーズに排出することができる。傾斜面74の水平方向からの傾斜角度を、以下では、貯水部傾斜角度D1という。   FIG. 2 is a schematic diagram of the water reservoir 70. The water storage unit 70 includes an introduction port 71, a discharge port 72, a discharge unit 73, and an inclined surface 74. Anode off gas is introduced into the water reservoir 70 from an anode off gas pipe 61 connected to the inlet 71. Then, the anode off gas after separating the generated water 75 is discharged from the discharge port 72 connected to the circulation pipe 63. The discharge part 73 is provided in the lower part of the water storage part 70, and the discharge valve 60 is connected. An inclined surface 74 that is inclined toward the discharge portion 73 is provided inside the water reservoir 70. Due to the inclined surface 74, the water reservoir 70 can smoothly discharge the generated water 75 and the anode off gas. Hereinafter, the inclination angle of the inclined surface 74 from the horizontal direction is referred to as a water storage portion inclination angle D1.

図3は、本実施形態における、燃料電池システムの制御方法の一部である排水処理を表わすフローチャートである。この処理はシステムの動作中、制御装置20により繰り返し実行される処理である。この排水処理が開始されると、まず、制御装置20は、燃料電池10によって発電された電流値に基づき、貯水部70内に溜まった生成水75の貯水量を推定し、その貯水量が規定量以上になったか否かを判断する(ステップS300)。制御装置20は、燃料電池10の電流値と生成される水量との関係が定義されたマップや関数に基づき、生成水の貯水量を推定することができる。貯水量が規定値以上であれば(ステップS300:YES)、制御装置20は排出弁60を開放する(ステップS310)。一方、貯水量が規定値より少なければ(ステップS300:NO)、規定値に到達するまで待機を行う。   FIG. 3 is a flowchart showing the waste water treatment which is a part of the control method of the fuel cell system in the present embodiment. This process is a process repeatedly executed by the control device 20 during the operation of the system. When the wastewater treatment is started, first, the control device 20 estimates the amount of the generated water 75 accumulated in the water storage unit 70 based on the current value generated by the fuel cell 10, and the amount of stored water is defined. It is determined whether or not the amount has been exceeded (step S300). The control device 20 can estimate the amount of stored water based on a map or function in which the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the amount of water generated is defined. If the amount of stored water is equal to or greater than the specified value (step S300: YES), the control device 20 opens the discharge valve 60 (step S310). On the other hand, if the amount of stored water is less than the specified value (step S300: NO), the process waits until the specified value is reached.

図4は、車両200に加速度が発生したときの貯水部70内の様子を示す図である。制御装置20は、加速度センサ80を用いて、発生した加速度に応じた生成水75の水面の液面傾斜角度D2を推定し(ステップS320)、貯水部傾斜角度D1と、推定した液面傾斜角度D2とを比較する(ステップS330)。加速度に基づいて液面傾斜角度D2を算出する方法は、例えば特開2008−262735号公報に開示されているように公知である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in the water storage unit 70 when acceleration is generated in the vehicle 200. The controller 20 uses the acceleration sensor 80 to estimate the water surface inclination angle D2 of the water surface of the generated water 75 according to the generated acceleration (step S320), and the water storage portion inclination angle D1 and the estimated liquid surface inclination angle. D2 is compared (step S330). A method for calculating the liquid surface inclination angle D2 based on the acceleration is known as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-262735.

液面傾斜角度D2が貯水部傾斜角度D1以下の場合(ステップS330:NO)、貯水部70内の水面は、図4に示す水面w1のようになるため、排出部73が生成水75に覆われていることになる。従って、制御装置20は、排出弁60を開放して排水を行う(ステップS380)。続いて、制御装置20は、貯水部70内からガスが排出されることによって生じる循環流路65内の圧力低下量を、圧力センサ62を用いて算出し(ステップS390)、圧力が低下したことが算出されれば、排水が完了したと判断して、排出弁60を閉鎖する(ステップS400)。ステップS400において、制御装置20は、次回のステップS300で推定する貯水量の値をリセットする。   When the liquid surface inclination angle D2 is equal to or smaller than the water storage section inclination angle D1 (step S330: NO), the water surface in the water storage section 70 becomes the water surface w1 shown in FIG. Will be broken. Therefore, the control device 20 opens the discharge valve 60 to perform drainage (step S380). Subsequently, the control device 20 uses the pressure sensor 62 to calculate the amount of pressure decrease in the circulation flow path 65 caused by the gas being discharged from the water storage unit 70 (step S390), and the pressure has decreased. Is calculated, it is determined that the drainage is completed, and the discharge valve 60 is closed (step S400). In step S400, the control device 20 resets the value of the water storage amount estimated in the next step S300.

一方、上記ステップS330において、液面傾斜角度D2が貯水部傾斜角度D1よりも大きい場合(ステップS330:YES)、生成水75の量によっては、貯水部70内の水面は、図4に示す水面w2のようになるため、排出部73が生成水に覆われていない可能性がある。そこで、まず、制御装置20は、ガスが排出されることによって生じる循環流路65内の圧力低下量を圧力センサ62を用いて算出する(ステップS340)。   On the other hand, when the liquid surface inclination angle D2 is larger than the water storage section inclination angle D1 in step S330 (step S330: YES), depending on the amount of the generated water 75, the water surface in the water storage section 70 is the water surface shown in FIG. Since it becomes like w2, the discharge part 73 may not be covered with generated water. Therefore, first, the control device 20 calculates the amount of pressure drop in the circulation flow path 65 caused by the gas being discharged using the pressure sensor 62 (step S340).

圧力が低下したことが算出されなかった場合(ステップS340:NO)には、排出部73は生成水75で覆われていることになるので、制御装置20は、排出弁60を開放したまま、排水を続行し、圧力低下が発生するまで待機する。一方、圧力が低下したことが算出されれば、(ステップS340:YES)、制御装置20は、アノードオフガスが排出されていると判断し、排出弁60を一時閉鎖する(ステップS350)。続いて、制御装置20は、加速度センサ80を用いて再度、液面傾斜角度D2を推定し(ステップS360)、貯水部傾斜角度D1と、推定した液面傾斜角度D2とを比較する(ステップS370)。   When it is not calculated that the pressure has decreased (step S340: NO), the discharge unit 73 is covered with the generated water 75, so the control device 20 keeps the discharge valve 60 open, Continue draining and wait until pressure drop occurs. On the other hand, if it is calculated that the pressure has decreased (step S340: YES), the control device 20 determines that the anode off-gas has been discharged, and temporarily closes the discharge valve 60 (step S350). Subsequently, the control device 20 again estimates the liquid surface inclination angle D2 using the acceleration sensor 80 (step S360), and compares the water storage section inclination angle D1 with the estimated liquid surface inclination angle D2 (step S370). ).

推定した液面傾斜角度D2が貯水部傾斜角度D1より大きい場合(ステップS370:NO)、処理をステップS360に戻して、液面傾斜角度D2が貯水部傾斜角度D1以下になるまで、上述したステップS360、S370の処理を繰り返す。つまり、排出部73が生成水75で覆われる状態になるまで待機を行う。   When the estimated liquid surface inclination angle D2 is larger than the water storage section inclination angle D1 (step S370: NO), the process returns to step S360, and the above-described steps are performed until the liquid surface inclination angle D2 becomes equal to or less than the water storage section inclination angle D1. The processes of S360 and S370 are repeated. That is, the process waits until the discharge unit 73 is covered with the generated water 75.

一方、上記ステップS370において、推定した液面傾斜角度D2が貯水部傾斜角度D1以下の場合(ステップS370:YES)、排出部73が生成水75で覆われた状態になるので、制御装置20は、排出弁60を開放し、排水を行う(ステップS380)。続いて、制御装置20は、貯水部70内からガスが排出されることによって生じる循環流路65内の圧力低下量を、圧力センサ62を用いて算出する(ステップS390)。圧力が低下したことが算出されなかった場合(ステップS390:NO)、制御装置20は、排出弁60を開放したまま、圧力低下が発生するまで待機する。一方、圧力が低下したことが算出された場合(ステップS390:YES)、制御装置20は、排水が完了したと判断して排出弁60を閉鎖する(ステップS400)。前述の通り、このステップS400では、次回のステップS300で推定する貯水量の値をリセットする。   On the other hand, when the estimated liquid surface inclination angle D2 is equal to or smaller than the water storage section inclination angle D1 in step S370 (step S370: YES), the discharge section 73 is covered with the generated water 75, so the control device 20 Then, the discharge valve 60 is opened and drainage is performed (step S380). Subsequently, the control device 20 uses the pressure sensor 62 to calculate the amount of pressure drop in the circulation flow path 65 caused by the gas being discharged from the water storage unit 70 (step S390). When it is not calculated that the pressure has decreased (step S390: NO), the control device 20 stands by until the pressure decrease occurs with the discharge valve 60 open. On the other hand, when it is calculated that the pressure has decreased (step S390: YES), the control device 20 determines that the drainage is completed and closes the discharge valve 60 (step S400). As described above, in this step S400, the value of the water storage amount estimated in the next step S300 is reset.

以上で説明した本実施形態の燃料電池システム100の制御方法によれば、貯水部70の貯水量が規定量に達すれば、排出部73が完全に生成水75で覆われているか否かにかかわらず、上記ステップS310において、制御装置20が排出弁60を開弁する。そのため、水の排出を行うタイミングを逃すことがない。そして、その後、生成水75の水面の液面傾斜角度D2が貯水部の貯水部傾斜角度D1よりも大きく、循環流路65内の圧力低下が発生した場合には、上記ステップS350において、制御装置20が排出弁60を閉鎖することで、水素ガスの無駄な排出を抑制できる。さらにその後、上記ステップS370において、生成水75の液面傾斜角度D2を貯水部傾斜角度D1と比較することにより、排出部73が生成水によって覆われているか否かを判定できる。そのため、液面傾斜角度D2が貯水部傾斜角度D1以下の場合に、上記ステップS380において、制御装置20が排出弁60を開くことで残った生成水75を排出することができる。従って、本実施形態の燃料電池システム100の制御方法によれば、加速度によって貯水部70内の水面が傾いた場合にも、効果的に水の排出を行いつつ、燃料ガスが無駄に排出されることを抑制できる。   According to the control method of the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, whether or not the discharge unit 73 is completely covered with the generated water 75 when the water storage amount of the water storage unit 70 reaches a specified amount. First, in step S310, the control device 20 opens the discharge valve 60. Therefore, the timing for discharging water is not missed. Then, after that, when the liquid surface inclination angle D2 of the water surface of the generated water 75 is larger than the water storage section inclination angle D1 of the water storage section, when the pressure drop in the circulation flow path 65 occurs, in step S350, the control device Since 20 closes the discharge valve 60, wasteful discharge of hydrogen gas can be suppressed. Thereafter, in step S370, by comparing the liquid surface inclination angle D2 of the generated water 75 with the water storage section inclination angle D1, it can be determined whether or not the discharge portion 73 is covered with the generated water. Therefore, when the liquid level inclination angle D2 is equal to or smaller than the water reservoir inclination angle D1, the remaining generated water 75 can be discharged by opening the discharge valve 60 by the control device 20 in step S380. Therefore, according to the control method of the fuel cell system 100 of the present embodiment, even when the water surface in the water storage section 70 is inclined due to acceleration, the fuel gas is discharged wastefully while effectively discharging water. This can be suppressed.

B.変形例:
<第1変形例>
上記実施形態において、液面傾斜角度D2の推定に加速度センサ80を用いたが、貯水部70内にジャイロセンサを備えた浮遊物を設けることで、液面傾斜角度D2を推定してもよい。
B. Variation:
<First Modification>
In the above embodiment, the acceleration sensor 80 is used for the estimation of the liquid surface inclination angle D2. However, the liquid surface inclination angle D2 may be estimated by providing a floating substance provided with a gyro sensor in the water reservoir 70.

<第2変形例>
上記実施形態では、貯水部70から排水を行うための排水処理について詳述したが、制御装置20は、循環流路65から窒素等の不純物を排気するための処理を別途実行し、その排気処理において、上述した排水処理とは異なるタイミングで排出弁60を開閉してもよい。
<Second Modification>
In the above embodiment, the waste water treatment for draining water from the water storage unit 70 has been described in detail, but the control device 20 separately performs a process for exhausting impurities such as nitrogen from the circulation flow path 65, and the exhaust treatment In this case, the discharge valve 60 may be opened and closed at a timing different from the above-described waste water treatment.

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the summary of the invention are intended to solve the above-described problems or to achieve a part or all of the above-described effects. In order to achieve, it is possible to replace and combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…燃料電池
11…セル
20…制御装置
30…酸化ガス流路系
31…酸化ガス配管
32…エアコンプレッサ
33…開閉弁
41…カソードオフガス配管
42…レギュレータ
50…燃料ガス流路系
51…燃料ガス配管
52…水素タンク
53…開閉弁
54…レギュレータ
55…インジェクタ
60…排出弁
61…アノードオフガス配管
62…圧力センサ
63…循環配管
64…循環用ポンプ
65…循環流路
70…貯水部
71…導入口
72…排出口
73…排出部
74…傾斜面
75…生成水
80…加速度センサ
90…DC/DCコンバータ
92…バッテリ
93…負荷
100…燃料電池システム
200…車両
D1…貯水部傾斜角度
D2…液面傾斜角度
w1、w2…水面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 11 ... Cell 20 ... Control apparatus 30 ... Oxidation gas flow path system 31 ... Oxidation gas piping 32 ... Air compressor 33 ... On-off valve 41 ... Cathode off-gas piping 42 ... Regulator 50 ... Fuel gas flow path system 51 ... Fuel gas Piping 52 ... Hydrogen tank 53 ... Open / close valve 54 ... Regulator 55 ... Injector 60 ... Discharge valve 61 ... Anode off-gas piping 62 ... Pressure sensor 63 ... Circulation piping 64 ... Circulation pump 65 ... Circulation flow path 70 ... Water storage section 71 ... Inlet 72 ... Discharge port 73 ... Discharge part 74 ... Inclined surface 75 ... Generated water 80 ... Acceleration sensor 90 ... DC / DC converter 92 ... Battery 93 ... Load 100 ... Fuel cell system 200 ... Vehicle D1 ... Water storage part inclination angle D2 ... Liquid level Inclination angle w1, w2 ... water surface

Claims (1)

燃料電池のアノードオフガスを前記燃料電池に循環させる循環流路と、
前記循環流路に接続され、前記循環流路内の前記アノードオフガスから生成水を分離して貯水する貯水部と、
前記貯水部の下部に設けられ、前記貯水部に貯水された前記生成水の排水と、前記貯水部内の前記アノードオフガスの排気とを行う排出弁と、
前記排出弁の開閉を制御する制御装置と、
前記貯水部内の前記生成水の水面の水平方向からの傾斜角度を推定するためのセンサと、を備え、
前記貯水部が前記排出弁へ向かって傾斜した傾斜面を内部に有する燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記制御装置が、前記貯水部内の前記生成水が規定量となった場合に、前記排出弁を開く工程と、
(b)前記工程(a)の後、前記制御装置が、前記センサを用いて推定した前記水面の水平方向からの傾斜角度が前記傾斜面の水平方向からの傾斜角度より大きい場合に、前記循環流路内の圧力低下が発生してから、前記排出弁を閉じる工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記制御装置が、前記センサを用いて推定した前記水面の水平方向からの傾斜角度が前記傾斜面の水平方向からの傾斜角度以下になった場合に、前記排出弁を開く工程と、を備える、制御方法。
A circulation flow path for circulating the anode off gas of the fuel cell to the fuel cell;
A water storage unit connected to the circulation channel and separating and storing the generated water from the anode off-gas in the circulation channel;
A discharge valve provided at a lower portion of the water storage section, and configured to discharge the generated water stored in the water storage section and exhaust the anode off-gas in the water storage section;
A control device for controlling opening and closing of the discharge valve;
A sensor for estimating an inclination angle from a horizontal direction of the water surface of the generated water in the water reservoir,
A control method of a fuel cell system having an inclined surface inside the water storage portion inclined toward the discharge valve,
(A) the controller opens the discharge valve when the generated water in the reservoir reaches a specified amount;
(B) After the step (a), when the control device estimates an inclination angle of the water surface from the horizontal direction estimated using the sensor to be larger than an inclination angle of the inclined surface from the horizontal direction , the circulation A step of closing the discharge valve after a pressure drop in the flow path has occurred;
(C) After the step (b), when the tilt angle from the horizontal direction of the water surface estimated using the sensor is equal to or less than the tilt angle from the horizontal direction of the tilted surface, And a step of opening the discharge valve.
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