JP7119716B2

JP7119716B2 - fuel cell system

Info

Publication number: JP7119716B2
Application number: JP2018142010A
Authority: JP
Inventors: 良輔大矢; 智隆石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: JP2020021533A

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to fuel cell systems.

燃料電池スタックの電圧に基づき発電状況を監視し、監視の結果に応じて燃料電池による発電動作を制御する燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１）。この燃料電池システムは、例えば、水素欠乏によって燃料電池スタックの電圧が負電圧となっている場合には、水素流量を増大させる。 A fuel cell system is known that monitors the power generation state based on the voltage of the fuel cell stack and controls the power generation operation of the fuel cell according to the monitoring results (for example, Patent Document 1). This fuel cell system increases the flow rate of hydrogen when, for example, the voltage of the fuel cell stack becomes negative due to lack of hydrogen.

特開２０１６－８５８９８号公報JP 2016-85898 A

燃料電池スタックにおける水素欠乏の原因は様々であり、その原因の種類に応じた対応が求められる。しかし、特許文献１の技術では、水素欠乏の原因に関わらず一律に同じ対応、すなわち水素流量の増大を行う。このため、負電圧を解消できない無駄な処理を行うおそれがあった。このように、従来において利用者は、燃料電池スタックの電圧が負電圧である場合の原因を知ることができず、適切な対応を行うことが困難だった。 There are various causes of hydrogen deficiency in the fuel cell stack, and countermeasures are required according to the type of the cause. However, in the technique of Patent Document 1, regardless of the cause of the hydrogen deficiency, the same measures are uniformly taken, that is, the increase of the hydrogen flow rate. For this reason, there is a risk of performing useless processing that cannot eliminate the negative voltage. As described above, in the past, the user was unable to know the cause of the negative voltage of the fuel cell stack, and it was difficult to take appropriate measures.

上述の課題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。
［形態１］燃料電池システムであって、積層された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスに含まれる水を分離し、前記分離した水を貯留する気液分離器と、前記水が分離された後の前記アノードオフガスを循環させて、前記燃料電池スタックに戻すための水素ポンプと、前記燃料電池スタックに供給されるアノードガスの流量を調節する流量調節弁と、閉弁状態から開弁状態に切り替わることによって前記貯留された水を外部に排出する排気排水弁と、報知部と、各前記単セルの電圧を取得する電圧取得部と、前記水素ポンプと前記排気排水弁との少なくとも一方の凍結を検知する凍結検知部と、前記流量調節弁の動作と前記報知部の動作とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、取得した前記電圧のうち、少なくとも１つの前記単セルの電圧が負電圧である場合には、前記アノードガスの流量が増大するように前記流量調節弁に動作の変更を指示し、前記指示の後に取得した前記電圧のうち、少なくとも１つの前記単セルの電圧が負電圧であり、かつ前記水素ポンプと前記排気排水弁との少なくとも一方の凍結が検知されている場合には、前記凍結の発生を前記報知部に報知させ、前記指示の後に取得した前記電圧のうち、少なくとも１つの前記単セルの電圧が負電圧であり、かつ前記水素ポンプと前記排気排水弁とのいずれにも凍結が検知されていない場合には、故障の発生を前記報知部に報知させる、燃料電池システム。 This has been made to solve the above-described problems, and can be implemented as the following modes.
[Mode 1] A fuel cell system in which a fuel cell stack having a plurality of stacked single cells and water contained in anode off-gas discharged from the fuel cell stack are separated and the separated water is stored. A gas-liquid separator, a hydrogen pump for circulating the anode off-gas from which the water has been separated and returning it to the fuel cell stack, and a flow rate for adjusting the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack. a control valve, an exhaust and drain valve that discharges the stored water to the outside by switching from a closed state to an open state, a notification unit, a voltage acquisition unit that acquires the voltage of each unit cell, and the hydrogen a freeze detection unit that detects freezing of at least one of the pump and the exhaust and drain valve; and a control unit that controls the operation of the flow control valve and the operation of the notification unit. When the voltage of at least one of the single cells among the voltages is a negative voltage, the flow control valve is instructed to change the operation so as to increase the flow rate of the anode gas, and after the instruction, the When the voltage of at least one of the single cells among the voltages is a negative voltage and freezing of at least one of the hydrogen pump and the exhaust/drain valve is detected, the occurrence of the freezing is notified. section, and among the voltages acquired after the instruction, at least one of the voltages of the single cells is a negative voltage, and freezing is not detected in either the hydrogen pump or the exhaust/drain valve. In some cases, the fuel cell system causes the notification unit to notify the occurrence of the failure.

本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、積層された複数の単セルを有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出されるアノードオフガスに含まれる水を分離し、前記分離した水を貯留する気液分離器と、前記水が分離された後の前記アノードオフガスを循環させて、前記燃料電池スタックに戻すための水素ポンプと、前記燃料電池スタックに供給されるアノードガスの流量を調節する流量調節弁と、閉弁状態から開弁状態に切り替わることによって前記貯留された水を外部に排出する排気排水弁と、報知部と、各前記単セルの電圧を取得する電圧取得部と、前記水素ポンプと前記排気排水弁との少なくとも一方の凍結を検知する凍結検知部と、前記流量調節弁の動作と前記報知部の動作とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記取得した電圧のうち、少なくとも１つの前記単セルの電圧が負電圧である場合には、前記アノードガスの流量が増大するように前記流量調節弁に動作の変更を指示し、前記指示の後に前記取得した電圧が負電圧であり、かつ前記水素ポンプと前記排気排水弁との少なくとも一方の凍結が検知されている場合には、前記凍結の発生を前記報知部に報知させ、前記指示の後に前記取得した電圧のうち、少なくとも１つの前記単セルの電圧が負電圧であり、かつ前記水素ポンプと前記排気排水弁とのいずれにも凍結が検知されていない場合には、故障の発生を前記報知部に報知させる。
この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、取得した電圧のうち、少なくとも１つの単セルの電圧が負電圧である場合には、アノードガスの流量が増大するように流量調節弁に動作の変更を指示し、指示の後に取得した電圧が負電圧であり、かつ水素ポンプと排気排水弁との少なくとも一方の凍結が検知されている場合には、凍結の発生を報知部に報知させ、指示の後に取得した電圧のうち、少なくとも１つの単セルの電圧が負電圧であり、かつ水素ポンプと排気排水弁とのいずれにも凍結が検知されていない場合には、故障の発生を報知部に報知させる。このため、燃料電池システムの利用者は、燃料電池スタックの電圧が負電圧である原因が故障と凍結のいずれであるかを知ることができる。このため、燃料電池システムの利用者は、燃料電池システムの故障の原因に応じた対応を行うことが容易である。
本開示は、上記の燃料電池システム以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの制御方法や燃料電池システムの制御するためのプログラムや電池システムを搭載した燃料電池車両等の形態で実現することが可能である。 According to one aspect of the present disclosure, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a fuel cell stack having a plurality of stacked single cells, and a gas-liquid separator that separates water contained in anode off-gas discharged from the fuel cell stack and stores the separated water. a hydrogen pump for circulating the anode off-gas from which the water has been separated and returning it to the fuel cell stack; a flow control valve for controlling the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack; An exhaust/drainage valve that discharges the stored water to the outside by switching from a valve state to an open state, a reporting unit, a voltage acquisition unit that acquires the voltage of each of the single cells, the hydrogen pump, and the exhaust/drainage. a freeze detection unit that detects freezing of at least one of the valve and a control unit that controls the operation of the flow control valve and the operation of the notification unit, wherein the control unit controls the acquired voltage, when the voltage of at least one of the single cells is a negative voltage, instructing the flow control valve to change its operation so as to increase the flow rate of the anode gas, and after the instruction, the acquired voltage becomes a negative voltage; and when freezing of at least one of the hydrogen pump and the exhaust/drain valve is detected, causing the notification unit to notify the occurrence of the freezing, and of the voltage acquired after the instruction, When the voltage of at least one of the single cells is a negative voltage and freezing is not detected in either the hydrogen pump or the exhaust/drain valve, the notification unit is made to notify the occurrence of failure.
According to the fuel cell system of this aspect, the controller operates the flow rate control valve to increase the flow rate of the anode gas when the voltage of at least one single cell among the obtained voltages is negative. and if the voltage obtained after the instruction is a negative voltage and freezing of at least one of the hydrogen pump and the exhaust and drain valve is detected, cause the notification unit to notify the occurrence of freezing, If the voltage of at least one unit cell among the voltages acquired after the instruction is a negative voltage and if freezing has not been detected in either the hydrogen pump or the exhaust/drainage valve, the reporting unit indicates that a failure has occurred. to notify Therefore, the user of the fuel cell system can know whether the cause of the negative voltage of the fuel cell stack is failure or freezing. Therefore, the user of the fuel cell system can easily take measures according to the cause of the failure of the fuel cell system.
The present disclosure can be implemented in various forms other than the fuel cell system described above. It is possible to implement it in the form of

実施形態に係る燃料電池システムの概略図。1 is a schematic diagram of a fuel cell system according to an embodiment; FIG. 負電圧報知制御の処理内容を説明するためのフローチャート。4 is a flowchart for explaining the processing content of negative voltage notification control; 実施形態における水素ポンプにおける凍結の判定処理の内容を示すフローチャート。4 is a flow chart showing details of freezing determination processing in the hydrogen pump according to the embodiment. 実施形態における排気排水弁における凍結の判定処理の内容を示すフローチャート。4 is a flow chart showing the contents of freezing determination processing in the exhaust/drain valve in the embodiment. 気液分離器における動作の判定処理を説明するためのタイミングチャート。4 is a timing chart for explaining the operation determination process in the gas-liquid separator;

Ａ．実施形態
Ａ１．システム構成
図１は、実施形態に係る燃料電池システム１００の概略図である。本実施形態において、燃料電池システム１００は、燃料電池車両に搭載され、駆動用モータを駆動させる発電装置として用いられる。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０と、アノードガス給排機構３０と、カソードガス給排機構６０と、冷媒循環機構７０と、報知部８０と、記憶部８４と、制御部９０と、を備える。燃料電池システム１００は、アノードガスとカソードガスとの反応によって発電する。本実施形態において、アノードガスは水素ガスであり、カソードガスは空気である。 A. Embodiment A1. System Configuration FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 100 according to an embodiment. In this embodiment, the fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle and used as a power generator that drives a drive motor. The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 20, an anode gas supply/discharge mechanism 30, a cathode gas supply/discharge mechanism 60, a refrigerant circulation mechanism 70, a notification unit 80, a storage unit 84, and a control unit 90. Prepare. The fuel cell system 100 generates electricity through the reaction between the anode gas and the cathode gas. In this embodiment, the anode gas is hydrogen gas and the cathode gas is air.

冷媒循環機構７０は、燃料電池スタック２０に接続され、冷媒、例えば水を流通させる冷媒循環流路７１や冷媒を送り出すポンプ７２を有する。カソードガス給排機構６０は、燃料電池スタック２０にカソードガスを供給するカソードガス供給流路６１と、カソードガスを外部へと排出するカソードガス排出流路６２とを有する。カソードガス供給流路６１には、カソードガスを圧送するエアコンプレッサ６３が配置されている。カソードガス給排機構６０は、燃料電池スタック２０へカソードガスの供給、および、燃料電池スタック２０からのカソードオフガスの排出を行なう。 The coolant circulation mechanism 70 is connected to the fuel cell stack 20 and has a coolant circulation channel 71 for circulating a coolant such as water and a pump 72 for sending out the coolant. The cathode gas supply/discharge mechanism 60 has a cathode gas supply channel 61 that supplies cathode gas to the fuel cell stack 20 and a cathode gas discharge channel 62 that discharges the cathode gas to the outside. An air compressor 63 for pumping the cathode gas is arranged in the cathode gas supply channel 61 . Cathode gas supply/discharge mechanism 60 supplies cathode gas to fuel cell stack 20 and discharges cathode off-gas from fuel cell stack 20 .

燃料電池スタック２０は、単セル１０が複数積層されたスタック構造を有する。本実施形態において、燃料電池スタック２０を構成する単セル１０は、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子型の燃料電池である。燃料電池スタック２０は、冷媒循環機構７０によって適切な温度に調整されている。燃料電池スタック２０には、セルモニタ２２が取り付けられている。セルモニタ２２は、各単セル１０の電圧値を測定することにより燃料電池スタック２０の電圧値を取得する電圧取得部として機能する。また、本実施形態において、セルモニタ２２は、電圧値に加えて、燃料電池スタック２０から出力される電流値を取得する。セルモニタ２２によって取得された電圧値および電流値は、制御部９０に送信される。 The fuel cell stack 20 has a stack structure in which a plurality of unit cells 10 are stacked. In this embodiment, the single cells 10 that make up the fuel cell stack 20 are solid polymer fuel cells that generate power through an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen. The fuel cell stack 20 is adjusted to an appropriate temperature by a coolant circulation mechanism 70 . A cell monitor 22 is attached to the fuel cell stack 20 . The cell monitor 22 functions as a voltage acquisition unit that acquires the voltage value of the fuel cell stack 20 by measuring the voltage value of each single cell 10 . Further, in this embodiment, the cell monitor 22 acquires the current value output from the fuel cell stack 20 in addition to the voltage value. The voltage value and current value acquired by the cell monitor 22 are transmitted to the control unit 90 .

アノードガス給排機構３０は、アノードガス供給流路３４と、アノードガス循環流路３６と、水素ガスタンク２００と、を備える。水素ガスタンク２００は、アノードガスを貯蔵するためのタンクであり、アノードガス供給流路３４に接続されている。水素ガスタンク２００は、アノードガス供給流路３４を介して、内部に貯蔵されたアノードガスを燃料電池スタック２０へと供給する。 The anode gas supply/discharge mechanism 30 includes an anode gas supply channel 34 , an anode gas circulation channel 36 and a hydrogen gas tank 200 . The hydrogen gas tank 200 is a tank for storing anode gas and is connected to the anode gas supply channel 34 . The hydrogen gas tank 200 supplies the anode gas stored therein to the fuel cell stack 20 via the anode gas supply channel 34 .

アノードガス供給流路３４は、水素ガスタンク２００に充填されたアノードガスを燃料電池スタック２０に供給するための流路である。アノードガス供給流路３４には、レギュレータ４４とインジェクタ４５とが設けられている。レギュレータ４４は、開閉によってアノードガスの流通を制御する。インジェクタ４５は、燃料電池スタック２０に供給されるアノードガスの流量を調節する流量調節弁である。また、アノードガス供給流路３４の途中には、アノードガス循環流路３６が接続されている。アノードガス供給流路３４のうちインジェクタ４５の下流側には、アノードガス供給流路３４内の圧力を計測するための圧力センサ９４が取り付けられている。 The anode gas supply channel 34 is a channel for supplying the anode gas filled in the hydrogen gas tank 200 to the fuel cell stack 20 . A regulator 44 and an injector 45 are provided in the anode gas supply channel 34 . The regulator 44 controls the flow of anode gas by opening and closing. The injector 45 is a flow control valve that controls the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack 20 . Further, an anode gas circulation channel 36 is connected in the middle of the anode gas supply channel 34 . A pressure sensor 94 for measuring the pressure in the anode gas supply channel 34 is attached downstream of the injector 45 in the anode gas supply channel 34 .

アノードガス循環流路３６は、燃料電池スタック２０から排出されたアノードオフガスを回収し、燃料電池スタック２０に再度供給するための流路である。アノードオフガスには、燃料電池スタック２０に供給されたアノードガスのうち各単セル１０の電気化学反応で用いられなかった余剰のアノードガスが入っている他、各単セル１０において電解質膜を介してカソード側から透過した窒素ガスも含まれる。アノードガス循環流路３６の途中には、水素ポンプ４６と、アノードオフガスとアノードオフガス中に含まれる水分とを分離するための気液分離器４７と、が配置されている。水素ポンプ４６は、気液分離器４７によって水分が分離された後のアノードオフガスを循環させて、燃料電池スタック２０に戻す。アノードオフガス中に含まれる水分は、主に燃料電池スタック２０における電気化学反応によって生成される生成水である。気液分離器４７には、閉弁状態から開弁状態に切り替わることによって水分を外部に排出する排気排水弁４８が接続されている。気液分離器４７によってアノードオフガスから分離された水分は、気液分離器４７内に一時的に貯留される。気液分離器４７内に貯留された水分は、排気排水弁４８を開弁状態とすることで、アノードオフガスとともに外部へと排出される。 The anode gas circulation channel 36 is a channel for collecting the anode off-gas discharged from the fuel cell stack 20 and supplying it to the fuel cell stack 20 again. The anode off-gas contains surplus anode gas not used in the electrochemical reaction of each unit cell 10 among the anode gases supplied to the fuel cell stack 20. In addition, in each unit cell 10, there is Nitrogen gas permeated from the cathode side is also included. A hydrogen pump 46 and a gas-liquid separator 47 for separating the anode off-gas and water contained in the anode off-gas are arranged in the middle of the anode gas circulation flow path 36 . The hydrogen pump 46 circulates the anode off-gas from which moisture has been separated by the gas-liquid separator 47 and returns it to the fuel cell stack 20 . Moisture contained in the anode off-gas is mainly produced water produced by the electrochemical reaction in the fuel cell stack 20 . The gas-liquid separator 47 is connected to an exhaust/drain valve 48 that discharges moisture to the outside by switching from the closed state to the open state. Moisture separated from the anode off-gas by the gas-liquid separator 47 is temporarily stored in the gas-liquid separator 47 . The water stored in the gas-liquid separator 47 is discharged to the outside together with the anode off-gas by opening the exhaust/drain valve 48 .

報知部８０は、燃料電池システム１００の状態を燃料電池システム１００の利用者である燃料電池車両の搭乗者に報知する。本実施形態において、報知部８０は、視覚情報を用いて搭乗者に情報を報知する装置でもよく、また、視覚以外の情報を用いて搭乗者に情報を報知する装置であってもよい。視覚情報を用いて搭乗者に情報を報知する装置は、例えば、燃料電池車両のインストルメントパネルに設けられたモニタ装置やヘッドアップディスプレイである。また、視覚以外の情報を用いて搭乗者に情報を報知する装置は、例えば、音声を用いて搭乗者に情報を報知するスピーカである。また、報知部８０は、複数の方法を用いて情報を搭乗者に報知する装置、例えば、モニタとスピーカとを有し、視覚情報と音声情報とを用いて搭乗者に情報を報知する装置であってもよい。本実施形態において、報知部８０は、インストルメントパネルに設けられたモニタ装置であり、燃料電池システム１００の状態を示すメッセージを表示することによって搭乗者への報知を行う。 The reporting unit 80 reports the state of the fuel cell system 100 to the passengers of the fuel cell vehicle who are users of the fuel cell system 100 . In this embodiment, the notification unit 80 may be a device that notifies the passenger of information using visual information, or may be a device that notifies the passenger of information using non-visual information. Devices that notify passengers of information using visual information are, for example, a monitor device and a head-up display provided on an instrument panel of a fuel cell vehicle. A device that notifies information to passengers using information other than vision is, for example, a speaker that notifies information to passengers using voice. In addition, the notification unit 80 is a device for notifying the passenger of information using a plurality of methods, for example, a monitor and a speaker, and is a device for notifying the passenger of information using visual information and audio information. There may be. In this embodiment, the notification unit 80 is a monitor device provided on the instrument panel, and notifies the passenger by displaying a message indicating the state of the fuel cell system 100 .

制御部９０は、中央処理装置を有し、例えば、セルモニタ２２や圧力センサ９４から取得した情報と記憶部８４に記憶されている情報とを用いて、水素ポンプ４６とインジェクタ４５と排気排水弁４８と報知部８０とを含む燃料電池システム１００の各構成の動作を制御する。 The control unit 90 has a central processing unit, and uses, for example, information acquired from the cell monitor 22 and the pressure sensor 94 and information stored in the storage unit 84 to operate the hydrogen pump 46, the injector 45, and the exhaust/drain valve 48. , and the notification unit 80 .

記憶部８４は、ＨＤＤ等の記憶媒体を有する。記憶部８４は、制御部９０による制御を実行する際に用いられる各種プログラムや、セルモニタ２２と圧力センサ９４とによって取得された情報を記憶する。 The storage unit 84 has a storage medium such as an HDD. The storage unit 84 stores various programs used when executing control by the control unit 90 and information acquired by the cell monitor 22 and the pressure sensor 94 .

Ａ２．負電圧報知制御
図２は、負電圧報知制御の処理内容を説明するためのフローチャートである。以下では、図２を用いて、本実施形態において制御部９０によって実行される負電圧報知制御の内容を説明する。負電圧報知制御は、セルモニタ２２を含む各種センサから取得される情報を用いて燃料電池スタック２０の各単セル１０における負電圧の発生を検知し、燃料電池システム１００の利用者に対して負電圧の発生の原因を報知する処理である。負電圧報知制御は、例えば、燃料電池システム１００を搭載する燃料電池車両の搭乗者によってスタートスイッチが押され、燃料電池システム１００が起動された場合に、開始される。スタートスイッチは、燃料電池システム１００の起動と停止とを切り替えるスイッチである。 A2. Negative Voltage Notification Control FIG. 2 is a flow chart for explaining the processing contents of the negative voltage notification control. The contents of the negative voltage notification control executed by the control unit 90 in this embodiment will be described below with reference to FIG. Negative voltage notification control detects generation of negative voltage in each unit cell 10 of the fuel cell stack 20 using information obtained from various sensors including the cell monitor 22, and notifies the user of the fuel cell system 100 of the negative voltage. This is a process for notifying the cause of the occurrence of Negative voltage notification control is started, for example, when a passenger of a fuel cell vehicle equipped with fuel cell system 100 presses a start switch to start fuel cell system 100 . The start switch is a switch that switches between starting and stopping the fuel cell system 100 .

負電圧報知制御が開始されると、制御部９０は、セルモニタ２２から送信された電圧値を用いて、各単セル１０の電圧が負電圧であるか否かの判定を行う（ステップＳ１０１）。負電圧は、例えば、燃料電池スタック２０の発電性能の低下によって発生する。燃料電池スタック２０の発電性能の低下は、例えば、気液分離器４７内に貯留された水分が燃料電池スタック２０に流入してアノードガス供給流路３４が閉塞されるいわゆるフラッディングにより生じ得る。まあ、燃料電池スタック２０の発電性能の低下は、燃料電池スタック２０内で発生した水分が燃料電池スタック２０から排出されず、燃料電池スタック２０内の水分によってアノードガスの流通が妨げられた場合にも生じ得る。フラッディングには、例えば、振動等によって気液分離器４７内の水分が一時的に燃料電池スタック２０側に流入することによって発生する場合と、気液分離器４７内における水分の貯留量が所定の量を超えることによって発生する場合と、がある。いずれの単セル１０の電圧も負電圧ではない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）には、制御部９０は、イグニッションスイッチがオフにされたか否かを判定する（ステップＳ１２１）。イグニッションスイッチがオフにされていない場合（ステップＳ１２１：Ｎｏ）には、制御部９０は、再びステップＳ１０１の処理を実行する。イグニッションスイッチがオフにされている場合（ステップＳ１２１：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、負電圧報知処理を終了する。 When the negative voltage notification control is started, the control unit 90 uses the voltage value transmitted from the cell monitor 22 to determine whether or not the voltage of each unit cell 10 is negative (step S101). Negative voltage is generated, for example, by a decline in power generation performance of the fuel cell stack 20 . A decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 20 can occur, for example, due to so-called flooding, in which moisture stored in the gas-liquid separator 47 flows into the fuel cell stack 20 and blocks the anode gas supply channel 34 . The power generation performance of the fuel cell stack 20 is degraded when the water generated in the fuel cell stack 20 is not discharged from the fuel cell stack 20 and the water in the fuel cell stack 20 hinders the flow of the anode gas. can also occur. For example, flooding occurs when moisture in the gas-liquid separator 47 temporarily flows into the fuel cell stack 20 due to vibration or the like, and flooding occurs when the amount of moisture stored in the gas-liquid separator 47 reaches a predetermined level. There are cases where it occurs due to exceeding the amount. When none of the single cells 10 has a negative voltage (step S101: No), the control unit 90 determines whether or not the ignition switch has been turned off (step S121). If the ignition switch is not turned off (step S121: No), the control section 90 executes the process of step S101 again. If the ignition switch is turned off (step S121: Yes), the control unit 90 terminates the negative voltage notification process.

ステップＳ１０１の処理の結果、少なくとも１つの単セル１０の電圧が負電圧である場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、電流制限とアノードガスの流量の増大とを実行する（ステップＳ１０２）。電流制限は、制御部９０の指示に応じて、予め定められた電流値より実際に出力される電流値が小さくなるように、エアコンプレッサ６３を含むカソードガス給排機構６０の各構成が動作されることによって実行される。予め定められた電流値は、負電圧が発生していない通常運転時における電流値の上限値より小さい値に設定されている。電流制限が実行されることによって、負電圧による燃料電池スタック２０を構成する各単セル１０の劣化が抑制される。 When the voltage of at least one unit cell 10 is negative as a result of the processing in step S101 (step S101: Yes), the control unit 90 executes current limitation and increases the flow rate of the anode gas (step S102). Current limiting is performed by operating each component of the cathode gas supply/exhaust mechanism 60 including the air compressor 63 so that the current value actually output is smaller than a predetermined current value in accordance with an instruction from the control unit 90 . is executed by The predetermined current value is set to a value smaller than the upper limit of the current value during normal operation when no negative voltage is generated. By carrying out the current limitation, deterioration of each single cell 10 constituting the fuel cell stack 20 due to negative voltage is suppressed.

また、アノードガスの流量の増大は、制御部９０の指示に応じて、インジェクタ４５の開度を増大させることによって実行される。インジェクタ４５の開度が増大することにより、アノードガス供給流路３４におけるアノードガスの流量が増大する。アノードガスの流量の増大によって、燃料電池スタック２０内の水分がアノードガスによって押し流され、燃料電池スタック２０内から気液分離器４７側へと移動する。本実施形態において、電流制限の処理およびアノードガスの流量の増大の処理は、予め定められた期間実行された後に、終了される。予め定められた期間は、燃料電池スタック２０内の水分を気液分離器４７側に移動させるために十分な長さに設定されている。 Also, the flow rate of the anode gas is increased by increasing the opening of the injector 45 in accordance with an instruction from the controller 90 . As the opening degree of the injector 45 increases, the flow rate of the anode gas in the anode gas supply channel 34 increases. Due to the increase in the flow rate of the anode gas, the moisture in the fuel cell stack 20 is swept away by the anode gas and moves from inside the fuel cell stack 20 to the gas-liquid separator 47 side. In this embodiment, the current limiting process and the anode gas flow rate increasing process are terminated after being executed for a predetermined period. The predetermined period is set long enough to move the moisture in the fuel cell stack 20 to the gas-liquid separator 47 side.

ステップＳ１０２の処理が完了した後に、制御部９０は、ステップＳ１０１の処理と同様に、セルモニタ２２から送信された電圧値を用いて、各単セル１０の電圧が負電圧であるか否かの判定を行う（ステップＳ１０３）。いずれの単セル１０の電圧も負電圧でない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）には、上述のステップＳ１２１が実行される。 After the process of step S102 is completed, the control unit 90 uses the voltage value transmitted from the cell monitor 22 to determine whether or not the voltage of each unit cell 10 is a negative voltage, as in the process of step S101. (step S103). If none of the single cells 10 have a negative voltage (step S103: No), step S121 is executed.

ステップＳ１０２の処理を実行した後もなお、少なくとも１つの単セル１０の電圧が負電圧である場合には、ステップＳ１０２の処理による解消が困難な原因によって負電圧が生じている可能性が高い。このため、ステップＳ１０３の処理の結果、燃料電池スタック２０が負電圧である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、負電圧の発生の原因を判断するための処理として、水素ポンプ４６における凍結の判定処理を実行する（ステップＳ１０４）。なお、本実施形態において、水素ポンプ４６の凍結とは、凍結水によって水素ポンプ４６が正常な動作をできない状態を意味する。具体的には、水素ポンプ４６の凍結とは、例えば、水素ポンプ４６のインペラ（羽根車）とインペラを収容する収容室の壁面との間において水分が凍結し、凍結水によってインペラと壁面とが固着されている状態を意味する。 If the voltage of at least one single cell 10 is still negative even after the process of step S102 is performed, there is a high possibility that the negative voltage is caused by a cause that is difficult to eliminate by the process of step S102. Therefore, when the fuel cell stack 20 has a negative voltage as a result of the process of step S103 (step S103: Yes), the control unit 90 performs the process of determining the cause of the generation of the negative voltage by performing the hydrogen pump 46 is executed (step S104). In this embodiment, freezing of the hydrogen pump 46 means a state in which the hydrogen pump 46 cannot operate normally due to frozen water. Specifically, the freezing of the hydrogen pump 46 means, for example, that water is frozen between the impeller of the hydrogen pump 46 and the wall surface of the storage chamber that stores the impeller, and the impeller and the wall surface are frozen by the frozen water. It means stuck.

図３は、実施形態における水素ポンプ４６における凍結の判定処理（図２のステップＳ１０４）の内容を示すフローチャートである。図３に示す様に、本実施形態における水素ポンプ４６における凍結の判定では、まず水素ポンプ４６が正常に動作しているか否かの判定が実行される（ステップＳ２０１）。本実施形態において、制御部９０は、水素ポンプ４６への指令値と水素ポンプ４６から出力される実際の動作量とを比較した結果に応じて、水素ポンプ４６の動作が正常であるか否かを判定する。具体的には、制御部９０は、実際の動作量が指令値より所定値以上小さい場合に、水素ポンプ４６の動作が正常でないと判定する。水素ポンプ４６の動作が正常でない場合には、アノードオフガスの循環が正常に実行されず、燃料電池スタック２０へのアノードガス供給量が低下するおそれがある。水素ポンプ４６の動作が正常である場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、水素ポンプ４６が正常であることを示す判定結果を記憶部８４に出力する（ステップＳ２１１）。 FIG. 3 is a flow chart showing the contents of the freezing determination process (step S104 in FIG. 2) in the hydrogen pump 46 in the embodiment. As shown in FIG. 3, in determining whether the hydrogen pump 46 is frozen in this embodiment, first, it is determined whether or not the hydrogen pump 46 is operating normally (step S201). In this embodiment, the control unit 90 determines whether the operation of the hydrogen pump 46 is normal according to the result of comparing the command value to the hydrogen pump 46 and the actual amount of operation output from the hydrogen pump 46. judge. Specifically, the control unit 90 determines that the operation of the hydrogen pump 46 is not normal when the actual amount of operation is smaller than the command value by a predetermined value or more. If the hydrogen pump 46 does not operate normally, circulation of the anode off-gas may not be performed normally, and the amount of anode gas supplied to the fuel cell stack 20 may decrease. If the hydrogen pump 46 is operating normally (step S201: Yes), the control unit 90 outputs a determination result indicating that the hydrogen pump 46 is normal to the storage unit 84 (step S211).

ステップＳ２０１の処理の結果、水素ポンプ４６の動作が正常でない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）には、制御部９０は、凍結の発生の可能性の有無を判定する（ステップＳ２０２）。制御部９０は、具体的には、図示しない外気温センサから取得される温度を用いて判定を行う。本実施形態では、外気温が０℃（摂氏ゼロ度）以下である場合には、制御部９０は、凍結の発生の可能性があると判定する。凍結の発生の可能性がある場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、水素ポンプ４６が凍結していることを示す判定結果を記憶部８４に出力する（ステップＳ２１２）。凍結の発生の可能性がない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）には、制御部９０は、水素ポンプ４６が故障していることを示す判定結果を記憶部８４に出力する（ステップＳ２１３）。上述のステップＳ２１１とステップＳ２１２とステップＳ２１３とのいずれかの処理の完了後、図２に示すステップＳ１０５が実行される。 If the result of the processing in step S201 is that the hydrogen pump 46 is not operating normally (step S201: No), the control unit 90 determines whether or not freezing may occur (step S202). Specifically, the control unit 90 makes the determination using the temperature acquired from an outside air temperature sensor (not shown). In this embodiment, when the outside air temperature is 0° C. (zero degrees Celsius) or lower, the control unit 90 determines that freezing may occur. If there is a possibility of freezing (step S202: Yes), the control unit 90 outputs to the storage unit 84 a determination result indicating that the hydrogen pump 46 is frozen (step S212). If there is no possibility of freezing (step S202: No), the control unit 90 outputs to the storage unit 84 a determination result indicating that the hydrogen pump 46 is out of order (step S213). After completion of any one of the above-described steps S211, S212, and S213, step S105 shown in FIG. 2 is executed.

制御部９０は、排気排水弁４８における凍結の判定を実行する（ステップＳ１０５）。本実施形態において、排気排水弁４８の凍結とは、凍結水によって排気排水弁４８が正常に開閉動作をできない状態を意味する。なお、本実施形態において、ステップＳ１０５の処理は、ステップＳ１０４の処理の後に実行されているが、ステップＳ１０４の処理の前もしくはステップＳ１０４の処理と同時に実行されてもよい。 The control unit 90 executes determination of freezing in the exhaust/drain valve 48 (step S105). In the present embodiment, freezing of the exhaust/drain valve 48 means a state in which the exhaust/drain valve 48 cannot normally open and close due to frozen water. Although the process of step S105 is executed after the process of step S104 in the present embodiment, it may be executed before the process of step S104 or simultaneously with the process of step S104.

図４は、実施形態における排気排水弁４８における凍結の判定処理（図２のステップＳ１０５）の内容を示すフローチャートである。図４に示す様に、本実施形態における排気排水弁４８における凍結の判定では、まず排気排水弁４８が正常に動作しているか否かの判定が実行される（ステップＳ３０１）。排気排水弁４８の動作が正常でない場合には、気液分離器４７内に貯留された水分の排出が正常に実行されず、気液分離器４７内の水位が上昇しフラッディングが発生する場合がある。また、水素ポンプ４６の動作が正常でない場合には、アノードガスの流通が妨げられることにより、燃料電池スタック２０内に生じた水分が燃料電池スタック２０から排出されないおそれがある。 FIG. 4 is a flow chart showing the contents of the freezing determination process (step S105 in FIG. 2) in the exhaust/drain valve 48 in the embodiment. As shown in FIG. 4, in determining whether or not the exhaust/drain valve 48 is frozen in this embodiment, first, it is determined whether or not the exhaust/drain valve 48 is operating normally (step S301). If the exhaust/drain valve 48 does not operate normally, the water stored in the gas-liquid separator 47 cannot be discharged normally, and the water level in the gas-liquid separator 47 rises, causing flooding. be. Also, if the hydrogen pump 46 does not operate normally, the flow of the anode gas is obstructed, and moisture generated in the fuel cell stack 20 may not be discharged from the fuel cell stack 20 .

本実施形態において、制御部９０は、排気排水弁４８への開閉指示を行い、開閉指示後におけるアノードガス供給流路３４内の圧力であるアノードガス供給圧力の変化に応じて、排気排水弁４８が正常に動作しているか否かを判定する。開閉指示とは、排気排水弁４８を開弁させ、所定期間後に排気排水弁４８に閉弁させる指示を意味する。具体的には、制御部９０は、まず、排気排水弁４８に開弁を指示する。次に、制御部９０は、開弁を指示する前のアノードガス供給圧力から、指示した後の予め定められた期間においてアノードガス供給圧力が閾値以上低下するか否かを判定する。制御部９０は、以上説明した排気排水弁４８への開弁の指示から判定までの処理を５回繰り返し、５回の処理のうち全ての判定の結果、アノードガス供給圧力が閾値以上低下している場合には、排気排水弁４８の動作が正常であると判定する（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）。なお、排気排水弁４８への開弁の指示から判定までの処理を繰り返す回数は、５回に限定されず、１回や任意の複数回であってもよい。 In the present embodiment, the control unit 90 instructs the exhaust/drain valve 48 to open and close, and the exhaust/drain valve 48 is controlled according to the change in the anode gas supply pressure, which is the pressure in the anode gas supply channel 34 after the opening/closing instruction. is operating normally. The opening/closing instruction means an instruction to open the exhaust/drain valve 48 and to close the exhaust/drain valve 48 after a predetermined period of time. Specifically, the controller 90 first instructs the exhaust/drain valve 48 to open. Next, the control unit 90 determines whether or not the anode gas supply pressure decreases by a threshold value or more in a predetermined period after the instruction to open the valve from the anode gas supply pressure before the instruction to open the valve. The control unit 90 repeats the above-described processing from the instruction to open the exhaust/drain valve 48 to the determination five times, and as a result of all the determinations out of the five processings, the anode gas supply pressure has decreased by the threshold value or more. If so, it is determined that the operation of the exhaust/drain valve 48 is normal (step S301: Yes). It should be noted that the number of repetitions of the processing from the instruction to open the exhaust/drain valve 48 to the determination is not limited to five, and may be one or any number of times.

排気排水弁４８の凍結又は故障が発生していない場合、開弁指示が行われると、排気排水弁４８は開動作を行う。このため、気液分離器４７内の水分及びアノードオフガスが排出されるため、気液分離器４７と連通するアノードガス循環流路３６及びアノードガス供給流路３４のガス圧力は低下する。他方、排気排水弁４８の凍結又は故障が発生している場合、開弁指示が行われても、排気排水弁４８は開動作を行うことができない。このため、気液分離器４７内の水分及びアノードオフガスの排出は行われず、アノードガス循環流路３６及びアノードガス供給流路３４のガス圧力は凍結又は故障が発生していない場合と比べて低下しない。なお、この判定中も燃料電池システム１００は運転しているため、インジェクタ４５は所定のタイミングで繰り替えしアノードガスを燃料電池スタック２０に供給する。したがって、排気排水弁４８が開弁してアノードガス供給圧力が低下した後であっても、その後開弁すると、アノードガス供給圧力は上昇する。 When the exhaust/drain valve 48 is not frozen or malfunctioned, the exhaust/drain valve 48 performs an opening operation when a valve opening instruction is given. As a result, the moisture and anode off-gas in the gas-liquid separator 47 are discharged, and the gas pressure in the anode gas circulation channel 36 and the anode gas supply channel 34 communicating with the gas-liquid separator 47 is lowered. On the other hand, if the exhaust/drain valve 48 is frozen or malfunctioning, the exhaust/drain valve 48 cannot be opened even if an open instruction is issued. Therefore, the water in the gas-liquid separator 47 and the anode off-gas are not discharged, and the gas pressure in the anode gas circulation channel 36 and the anode gas supply channel 34 is lower than when there is no freezing or failure. do not do. Since the fuel cell system 100 is in operation even during this determination, the injector 45 repeatedly supplies the anode gas to the fuel cell stack 20 at a predetermined timing. Therefore, even after the exhaust/drain valve 48 is opened and the anode gas supply pressure is lowered, the anode gas supply pressure is increased when the valve is opened thereafter.

ステップＳ３０１の処理の結果、排気排水弁４８の動作が正常である場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、気液分離器４７が正常であることを示す判定結果を記憶部８４に出力（ステップＳ３１１）し、気液分離器４７における凍結の判定処理（図２のステップＳ１０５）を終了する。 When the operation of the exhaust/drain valve 48 is normal as a result of the process of step S301 (step S301: Yes), the control unit 90 stores the determination result indicating that the gas-liquid separator 47 is normal in the storage unit 84. (step S311), and the freezing determination process in the gas-liquid separator 47 (step S105 in FIG. 2) ends.

ステップＳ３０１の処理の結果、排気排水弁４８の動作が正常でない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）には、制御部９０は、図３のステップＳ２０２の処理と同様に、排気排水弁４８における凍結の発生の可能性の有無を判定する（ステップＳ３０２）。排気排水弁４８において凍結の発生の可能性がある場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、気液分離器４７が凍結していることを示す判定結果を記憶部８４に出力する（ステップＳ３１２）。凍結の発生の可能性がない場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）には、制御部９０は、水素ポンプ４６が故障していることを示す判定結果を記憶部８４に出力する（ステップＳ３１３）。上述のステップＳ３１１とステップＳ３１２とステップＳ３１３とのいずれかの処理の完了後、図２に示すステップＳ１０６が実行される。以上説明したように、本実施形態において、外気温センサと制御部９０とが、水素ポンプ４６と気液分離器４７との凍結を検知する凍結検知部として機能している。 As a result of the process in step S301, if the operation of the exhaust/drain valve 48 is not normal (step S301: No), the control unit 90 controls the occurrence of freezing in the exhaust/drain valve 48 in the same manner as the process in step S202 of FIG. (step S302). If there is a possibility of freezing occurring in the exhaust and drain valve 48 (step S302: Yes), the control unit 90 outputs to the storage unit 84 a determination result indicating that the gas-liquid separator 47 is frozen. (Step S312). If there is no possibility of freezing (step S302: No), the control unit 90 outputs to the storage unit 84 a determination result indicating that the hydrogen pump 46 is out of order (step S313). After completing any one of the above-described steps S311, S312, and S313, step S106 shown in FIG. 2 is executed. As described above, in this embodiment, the outside air temperature sensor and the control unit 90 function as a freeze detection unit that detects freezing of the hydrogen pump 46 and the gas-liquid separator 47 .

制御部９０は、記憶部８４に記憶されたステップＳ１０４とステップＳ１０５の処理の結果に応じて、水素ポンプ４６と排気排水弁４８とのうちの少なくとも一方が凍結していないかを判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の処理において、水素ポンプ４６と排気排水弁４８との少なくとも一方が凍結していると判定された場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）には、制御部９０は、凍結が発生している旨の報知を報知部８０に実行させる（ステップＳ１０７）。制御部９０は、ステップＳ１０７の報知を実行させた後に、燃料電池システム１００に発電の停止を指示する（ステップＳ１０８）。排気排水弁４８が凍結している状態で、燃料電池スタック２０に発電を維持させた場合、発電に伴って生じる生成水が気液分離器４７に貯留される一方、気液分離器４７から排出されない。このため、気液分離器４７から燃料電池スタック２０へと水分が流入するおそれがある。そこで、本実施形態では、燃料電池システム１００に発電の停止を指示している。 The control unit 90 determines whether at least one of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 is frozen according to the results of the processing of steps S104 and S105 stored in the storage unit 84 (step S106). In the process of step S106, when it is determined that at least one of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 is frozen (step S106: Yes), the control unit 90 notifies that freezing has occurred. The notification unit 80 is caused to perform notification (step S107). After executing the notification in step S107, the control unit 90 instructs the fuel cell system 100 to stop power generation (step S108). When the fuel cell stack 20 is caused to maintain power generation while the exhaust/drain valve 48 is frozen, water produced by the power generation is stored in the gas-liquid separator 47 and is discharged from the gas-liquid separator 47. not. Therefore, there is a possibility that moisture may flow into the fuel cell stack 20 from the gas-liquid separator 47 . Therefore, in the present embodiment, the fuel cell system 100 is instructed to stop power generation.

ステップＳ１０８の処理を実行した後に、制御部９０は、車両情報および凍結推定原因を記憶部８４に出力する（ステップＳ１０９）。車両情報は、例えば、ステップＳ１０８の処理による燃料電池システム１００の発電停止時刻やステップＳ１０５およびステップＳ１０６の結果に応じた凍結推定部位を含む情報である。また、凍結推定原因は、例えば、イグニッションスイッチが最後にオフにされイグニッションスイッチがオンにされるまでの期間において、外気温が０℃以下となった時刻や期間を示す情報である。制御部９０は、ステップＳ１０８の処理を実行した後に、報知処理を終了する。 After executing the process of step S108, the control unit 90 outputs the vehicle information and the estimated cause of freezing to the storage unit 84 (step S109). The vehicle information is information including, for example, the power generation stop time of the fuel cell system 100 in the process of step S108 and the frozen estimated part according to the results of steps S105 and S106. Further, the presumed cause of freezing is, for example, information indicating the time and period when the outside air temperature became 0° C. or lower during the period from when the ignition switch was last turned off to when the ignition switch was turned on. After executing the process of step S108, the control unit 90 ends the notification process.

ステップＳ１０６の処理において、水素ポンプ４６と排気排水弁４８との両方が凍結していないと判定された場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）には、制御部９０は、燃料電池システム１００に故障が発生している旨の報知を報知部８０に実行させる（ステップＳ１３１）。制御部９０は、ステップＳ１０７の報知を実行させた後に、燃料電池システム１００に発電の停止を指示する（ステップＳ１３２）。 If it is determined in the process of step S106 that both the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 are not frozen (step S106: No), the controller 90 determines that the fuel cell system 100 has failed. The notification section 80 is made to notify that the vehicle is in the state of being loaded (step S131). After executing the notification in step S107, the control unit 90 instructs the fuel cell system 100 to stop power generation (step S132).

ステップＳ１３２の処理を実行した後に、制御部９０は、ダイアグ情報を記憶部８４に出力する（ステップＳ１３３）。ダイアグ情報は、燃料電池システム１００の異常を示す情報であり、例えば、ステップＳ１０８の処理による燃料電池システム１００の発電停止時刻やステップＳ１０５およびステップＳ１０６の結果に応じた故障推定部位を含む情報である。ダイアグ情報が記憶されることによって、燃料電池システム１００の修理を行う際に故障の原因等を調べる手間が低減される。また、燃料電池システム１００の修理を行う際に、故障していない部分、例えば燃料電池スタック２０が誤って交換されることを抑制できる。制御部９０は、ステップＳ１３３の処理を実行した後に、報知処理を終了する。なお、ステップＳ１０８およびステップＳ１３３の処理によって燃料電池システム１００の発電が停止された場合であっても、燃料電池車両が燃料電池スタック２０以外の電源、例えば二次電池、を備えている場合には、燃料電池車両の走行は継続可能であってもよい。 After executing the processing of step S132, the control unit 90 outputs the diagnostic information to the storage unit 84 (step S133). The diagnostic information is information indicating an abnormality in the fuel cell system 100, and is information including, for example, the time at which power generation of the fuel cell system 100 is stopped by the process of step S108 and the estimated failure part according to the results of steps S105 and S106. . By storing the diagnostic information, the trouble of investigating the cause of the failure or the like when repairing the fuel cell system 100 can be reduced. In addition, when repairing the fuel cell system 100, it is possible to suppress the erroneous replacement of a non-broken portion, for example, the fuel cell stack 20. FIG. After executing the process of step S133, the control unit 90 ends the notification process. Note that even when the power generation of the fuel cell system 100 is stopped by the processing of steps S108 and S133, if the fuel cell vehicle is equipped with a power supply other than the fuel cell stack 20, such as a secondary battery, , the running of the fuel cell vehicle may be allowed to continue.

図５は、排気排水弁４８における動作の判定処理（図４のステップＳ３０１）を説明するためのタイミングチャートである。図５は、上段から順に、排気排水弁４８における動作の判定処理の実行中におけるアノードガス供給圧力、インジェクタ４５の動作状態、および排気排水弁４８への動作指示内容を示すタイミングチャートである。また、図５において、横軸は時刻を示す。なお、排気排水弁４８が正常に動作していない場合のアノードガス供給圧力を太い実線で示し、排気排水弁４８が正常に動作している場合のアノードガス供給圧力を破線で示す。以下では、図５を用いて、図４に示したステップＳ３０１で実行される具体的な処理内容を説明する。 FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation determination process (step S301 in FIG. 4) in the exhaust/drain valve 48. As shown in FIG. FIG. 5 is a timing chart showing, in order from the top, the anode gas supply pressure, the operating state of the injector 45, and operation instructions to the exhaust/drain valve 48 during execution of the operation determination process for the exhaust/drain valve 48 . In FIG. 5, the horizontal axis indicates time. The thick solid line indicates the anode gas supply pressure when the exhaust/drain valve 48 is not operating normally, and the dashed line indicates the anode gas supply pressure when the exhaust/drain valve 48 is operating normally. The specific processing contents executed in step S301 shown in FIG. 4 will be described below with reference to FIG.

図５に示す様に、排気排水弁４８が閉弁している時刻Ｔ１以前において、アノードガス供給圧力が低下している。これは、燃料電池スタック２０によってアノードガス供給流路３４内のアノードガスが消費されるためである。排気排水弁４８における動作の判定処理が開始されると、例えば時刻Ｔ１において、制御部９０は、排気排水弁４８に開弁を指示する。図５において破線で示した様に、排気排水弁４８が正常に動作している場合には、排気排水弁４８の開弁が指示された時刻Ｔ１以降では、アノードガス供給圧力の減少速度が増加する。 As shown in FIG. 5, the anode gas supply pressure decreases before time T1 when the exhaust/drain valve 48 is closed. This is because the anode gas in the anode gas supply channel 34 is consumed by the fuel cell stack 20 . When the process of determining the operation of the exhaust/drain valve 48 is started, for example at time T1, the control unit 90 instructs the exhaust/drain valve 48 to open. As indicated by the dashed line in FIG. 5, when the exhaust/drain valve 48 is operating normally, the rate of decrease in the anode gas supply pressure increases after time T1 when the instruction to open the exhaust/drain valve 48 is given. do.

一方、排気排水弁４８が正常に動作していない場合には、時刻Ｔ１において開弁が指示された場合であっても、排気排水弁４８が開弁しない。このため、図５において実線で示した様に、排気排水弁４８の開弁が指示された時刻Ｔ１以降も、アノードガス供給圧力の減少速度は時刻Ｔ１以前と同様である。 On the other hand, when the exhaust/drain valve 48 is not operating normally, the exhaust/drain valve 48 does not open even if the opening instruction is given at time T1. Therefore, as indicated by the solid line in FIG. 5, even after time T1 when the command to open the exhaust/drain valve 48 is given, the rate of decrease in the anode gas supply pressure is the same as before time T1.

本実施形態において、開弁指示の実行後、予め定められた期間が経過した後に、制御部９０は、アノードガス供給圧力の低下量が図５のステップＳ３０１の説明における閾値以上であるか否かを判定する。予め定められた期間は、図５において、例えば時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間である。排気排水弁４８の動作が正常である場合のアノードガス供給圧力の低下量、例えば図５におけるΔＰ１は、閾値以上である。一方、排気排水弁４８の動作が正常でない場合のアノードガス供給圧力の低下量、例えば図５におけるΔＰ２は、閾値未満である。 In the present embodiment, after a predetermined period of time has elapsed after the valve opening instruction is executed, the control unit 90 determines whether the amount of decrease in the anode gas supply pressure is equal to or greater than the threshold in the description of step S301 in FIG. judge. The predetermined period is, for example, the period from time T1 to time T2 in FIG. The amount of decrease in the anode gas supply pressure when the exhaust/drain valve 48 operates normally, for example, ΔP1 in FIG. 5, is greater than or equal to the threshold. On the other hand, the amount of decrease in the anode gas supply pressure when the exhaust/drain valve 48 is not operating normally, for example, ΔP2 in FIG. 5, is less than the threshold.

本実施形態では、開弁指示の実行後、予め定められた期間が経過した後である時刻Ｔ２において、制御部９０は、インジェクタ４５に流量の増大を指示する。インジェクタ４５への指示の後、例えば図５における時刻Ｔ３において、制御部９０は、排気排水弁４８に閉弁を指示する。アノードガス供給圧力が予め定めた値まで上昇した後、例えば図５における時刻Ｔ４において、制御部９０は、インジェクタ４５に流量の増大の停止を指示する。時刻Ｔ４以降では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの間に実行された処理が繰り替えされる。 In the present embodiment, the controller 90 instructs the injector 45 to increase the flow rate at time T2, which is after a predetermined period has elapsed after execution of the valve opening instruction. After instructing the injector 45, for example at time T3 in FIG. 5, the controller 90 instructs the exhaust/drain valve 48 to close. After the anode gas supply pressure rises to a predetermined value, for example at time T4 in FIG. 5, the controller 90 instructs the injector 45 to stop increasing the flow rate. After time T4, the process executed between time T1 and time T4 is repeated.

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１００によれば、制御部９０は、取得したいずれかの単セル１０の電圧が負電圧である場合には、アノードガスの流量が増大するように流量調節弁であるインジェクタ４５に動作の変更を指示する。インジェクタ４５への指示の後に、再度取得した電圧が負電圧であり、かつ水素ポンプ４６と排気排水弁４８との少なくともいずれか一方の凍結が検知されている場合には、制御部９０は、凍結の発生を報知部８０に報知させる。このため、燃料電池システム１００の利用者である燃料電池車両の搭乗者は、燃料電池システム１００における異常である負電圧の発生が、凍結によって発生していることを知ることができる。したがって、搭乗者は、負電圧の原因である凍結に応じて、適切な対応を行うことができる。例えば、搭乗者は、燃料電池システム１００の故障ではないため、燃料電池システム１００の修理の必要性が低いと判断できる。また例えば、搭乗者は、燃料電池システム１００の温度が上昇し凍結が解消するまで、燃料電池システム１００を維持して、動作させる対応を行うことができる。 According to the fuel cell system 100 according to the embodiment described above, when the voltage of any of the unit cells 10 obtained is a negative voltage, the control unit 90 adjusts the flow rate of the anode gas so that the flow rate increases. It instructs the injector 45, which is a valve, to change its operation. After instructing the injector 45, if the voltage obtained again is a negative voltage and freezing of at least one of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 is detected, the control unit 90 is caused to be reported to the reporting unit 80 . Therefore, the passenger of the fuel cell vehicle who is the user of the fuel cell system 100 can know that the abnormal negative voltage in the fuel cell system 100 is caused by freezing. Therefore, the passenger can take appropriate measures according to the freezing that is the cause of the negative voltage. For example, since the fuel cell system 100 is not out of order, the passenger can determine that there is little need to repair the fuel cell system 100 . Further, for example, the passenger can maintain and operate the fuel cell system 100 until the temperature of the fuel cell system 100 rises and the freezing is removed.

また以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１００によれば、制御部９０は、取得した燃料電池スタック２０の電圧が負電圧である場合には、アノードガスの流量が増大するように流量調節弁であるインジェクタ４５に動作の変更を指示する。インジェクタ４５への指示の後に、再度取得した電圧が負電圧であり、かつ水素ポンプ４６と排気排水弁４８とのいずれにも凍結が検知されていない場合には、制御部９０は、故障の発生を報知部８０に報知させる。このため、燃料電池システム１００の利用者である燃料電池車両の搭乗者は、燃料電池システム１００における異常である負電圧の発生が、故障によって発生していることを知ることができる。したがって、搭乗者は、負電圧の原因である故障に応じて、適切な対応を行うことができる。例えば、搭乗者は、燃料電池システム１００の負電圧の解消には、専門家による修理が必要であると判断することできる。このため、搭乗者は、故障の報知を確認した後に、速やかに専門家による修理が可能な場所へと向かうことが可能である。 Further, according to the fuel cell system 100 according to the embodiment described above, when the obtained voltage of the fuel cell stack 20 is a negative voltage, the control unit 90 controls the flow rate control valve to increase the flow rate of the anode gas. command the injector 45 to change its operation. After instructing the injector 45, if the voltage obtained again is a negative voltage and freezing is not detected in either the hydrogen pump 46 or the exhaust/drain valve 48, the control unit 90 determines that a failure has occurred. is notified by the notification unit 80 . Therefore, the passenger of the fuel cell vehicle who is the user of the fuel cell system 100 can know that the abnormal negative voltage in the fuel cell system 100 is caused by a failure. Therefore, the passenger can take appropriate measures according to the failure that is the cause of the negative voltage. For example, the passenger may determine that removal of the negative voltage in the fuel cell system 100 requires professional repair. Therefore, after confirming the notification of the failure, the passenger can quickly go to a place where the repair can be done by a specialist.

また以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１００によれば、制御部９０は、アノードガスの流量が増大によって負電圧が解消されていなかった場合には、再びアノードガスの流量の増大を指示しない。このため、負電圧の解消に寄与しない処理を繰り返すことによる電力の無駄な消費を低減できる。 Further, according to the fuel cell system 100 according to the embodiment described above, the controller 90 does not issue an instruction to increase the flow rate of the anode gas again if the negative voltage has not been eliminated due to the increase in the flow rate of the anode gas. . Therefore, it is possible to reduce unnecessary power consumption caused by repeating processes that do not contribute to elimination of the negative voltage.

Ｂ．他の実施形態
Ｂ１．第１の他の実施形態
上記実施形態に係る燃料電池システム１００において、制御部９０は、水素ポンプ４６および排気排水弁４８の凍結の判定を実行しているが、判定を行う構成はこれら２つに限定されない。例えば、制御部９０は、水素ポンプ４６と排気排水弁４８との一方のみの凍結を判定していてもよい。また、この場合において、凍結の判定がされない構成については、動作が正常であるか否かの判定がされなくてもよい。 B. Other Embodiments B1. First Alternative Embodiment In the fuel cell system 100 according to the above embodiment, the control unit 90 determines whether the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 are frozen. is not limited to For example, the control unit 90 may determine that only one of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 is frozen. Also, in this case, it is not necessary to determine whether or not the operation is normal for a configuration in which freezing is not determined.

Ｂ２．第２の他の実施形態
上記実施形態に係る燃料電池システム１００において、制御部９０は、異なる方法を用いて、水素ポンプ４６又は排気排水弁４８の動作の異常を判定してもよい。例えば、水素ポンプ４６の動作の異常は、水素ポンプ４６からのアノードガスの排出量に応じて判定してもよい。この場合には、水素ポンプ４６の下流側にエアフロメータ等のセンサが配置されていてもよい。また例えば、排気排水弁４８の動作の異常は、気液分離器４７内に貯留された水分の量に応じて判定されてもよい。この場合には、気液分離器４７内に水位の高さを検知するセンサが配置されていてもよい。また、排気排水弁４８の動作の異常は、実験的に予め求められた開動作が実行された場合における基準圧力値と、開弁を指示した後における実際の圧力値と、の比較の結果に応じて判定されてもよい。また、例えば、排気排水弁４８がソレノイドバルブである場合には、排気排水弁４８に電圧を印加した際の電流値を測定し、かかる電流値により排気排水弁４８の凍結の有無を判定してもよい。 B2. Second Alternative Embodiment In the fuel cell system 100 according to the above embodiment, the controller 90 may use a different method to determine whether the hydrogen pump 46 or the exhaust/drain valve 48 is operating abnormally. For example, an abnormality in the operation of the hydrogen pump 46 may be determined according to the amount of anode gas discharged from the hydrogen pump 46 . In this case, a sensor such as an airflow meter may be arranged downstream of the hydrogen pump 46 . Further, for example, an abnormality in the operation of the exhaust/drain valve 48 may be determined according to the amount of water stored in the gas-liquid separator 47 . In this case, a sensor for detecting the height of the water level may be arranged inside the gas-liquid separator 47 . Further, an abnormality in the operation of the exhaust/drain valve 48 is determined by the result of comparison between the reference pressure value obtained experimentally in advance when the opening operation is performed and the actual pressure value after the valve opening instruction is given. may be determined accordingly. Further, for example, when the exhaust drain valve 48 is a solenoid valve, the current value when voltage is applied to the exhaust drain valve 48 is measured, and the presence or absence of freezing of the exhaust drain valve 48 is determined based on the measured current value. good too.

Ｂ３．第３の他の実施形態
上記実施形態に係る燃料電池システム１００は、制御部９０による水素ポンプ４６又は排気排水弁４８の動作の判定結果と、外気温センサによって取得される外気温と、を用いて、水素ポンプ４６又は排気排水弁４８の凍結を判定している。しかし、凍結の判定の方法は、これに限定されない。例えば、外気温に代えて、燃料電池スタック２０の温度を用いてもよい。また、燃料電池システム１００は、水素ポンプ４６および排気排水弁４８の温度を取得するセンサを備え、水素ポンプ４６および排気排水弁４８の温度を凍結の判定に用いてもよい。この場合には、制御部９０は、制御部９０による水素ポンプ４６又は排気排水弁４８の動作の判定結果を用いず、水素ポンプ４６および排気排水弁４８の温度のみを用いて凍結の有無を判定してもよい。この場合には、水素ポンプ４６および排気排水弁４８の温度を取得するセンサが、水素ポンプ４６と気液分離器４７との凍結を検知する凍結検知部として機能する。 B3. Third Alternative Embodiment The fuel cell system 100 according to the above embodiment uses the determination result of the operation of the hydrogen pump 46 or the exhaust/drain valve 48 by the control unit 90 and the outside temperature acquired by the outside temperature sensor. , the freezing of the hydrogen pump 46 or the exhaust/drain valve 48 is determined. However, the freezing determination method is not limited to this. For example, instead of the outside air temperature, the temperature of the fuel cell stack 20 may be used. The fuel cell system 100 may also include a sensor that acquires the temperatures of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48, and the temperatures of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 may be used to determine freezing. In this case, the control unit 90 does not use the determination result of the operation of the hydrogen pump 46 or the exhaust/drain valve 48 by the control unit 90, but uses only the temperatures of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 to determine the presence or absence of freezing. You may In this case, the sensor that acquires the temperatures of the hydrogen pump 46 and the exhaust/drain valve 48 functions as a freeze detector that detects freezing of the hydrogen pump 46 and the gas-liquid separator 47 .

Ｂ４．第４の他の実施形態
上記実施形態に係る燃料電池システム１００において、制御部９０は、電流制限の処理およびアノードガスの流量の増大の処理（図２のステップＳ１０２）を、予め定められた期間実行した後に終了している。しかし、処理の終了時期は、これに限定されない。例えば、ステップＳ１０３の処理において燃料電池スタック２０が負電圧であるか否かの判定が完了した後に、制御部９０は、ステップＳ１０２の処理を終了してもよい。この場合には、制御部９０は、ステップＳ１０２の処理を実行し、予め定めた時間が経過した後に、ステップＳ１０３の処理を開始してもよい。 B4. Fourth Alternative Embodiment In the fuel cell system 100 according to the above embodiment, the control unit 90 performs the current limiting process and the anode gas flow rate increasing process (step S102 in FIG. 2) for a predetermined period of time. Terminates after execution. However, the end time of processing is not limited to this. For example, the control unit 90 may end the process of step S102 after completing the determination of whether the fuel cell stack 20 has a negative voltage in the process of step S103. In this case, the control unit 90 may execute the process of step S102 and start the process of step S103 after a predetermined period of time has elapsed.

Ｂ５．第５の他の実施形態
上記実施形態において、燃料電池システム１００は、燃料電池車両に搭載され、駆動用モータを駆動させる発電装置として用いられていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、車両に代えて、船舶や飛行機などの駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として、例えば、オフィスや家庭において屋内または屋外に設置されて用いられてもよい。また、燃料電池スタック２０に含まれる各単セル１０は、固体高分子型燃料電池用の単セルであったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池用の単セルとして構成してもよい。 B5. Fifth Alternative Embodiment In the above embodiments, the fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle and used as a power generator that drives a drive motor, but the present disclosure is not limited to this. For example, instead of a vehicle, it may be used by being mounted on any other moving object that requires a driving power source, such as a ship or an airplane. Also, as a stationary power supply, for example, it may be installed indoors or outdoors in an office or home. Further, each single cell 10 included in the fuel cell stack 20 is a single cell for a polymer electrolyte fuel cell, but may be a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, or the like. , may be configured as single cells for various fuel cells.

上記第１から第５の他の実施形態に係る燃料電池システム１００によれば、上記実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。 The fuel cell systems 100 according to the first to fifth other embodiments have the same effects as those of the above embodiments in that they have the same configuration.

本開示は、上述の実施形態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中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、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、組み合わせを行な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 disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the respective modes described in the Summary of the Invention are used to solve some or all of the above problems, or Substitutions and combinations may be made as appropriate to achieve part or all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

２０…燃料電池スタック、２２…セルモニタ、３０…アノードガス給排機構、３４…アノードガス供給流路、３６…アノードガス循環流路、４４…レギュレータ、４５…インジェクタ、４６…水素ポンプ、４７…気液分離器、４８…排気排水弁、６０…カソードガス給排機構、６１…カソードガス供給流路、６２…カソードガス排出流路、６３…エアコンプレッサ、７０…冷媒循環機構、７１…冷媒循環流路、７２…ポンプ、８０…報知部、８４…記憶部、９０…制御部、９４…圧力センサ、１００…燃料電池システム、２００…水素ガスタンク 20 Fuel cell stack 22 Cell monitor 30 Anode gas supply and discharge mechanism 34 Anode gas supply channel 36 Anode gas circulation channel 44 Regulator 45 Injector 46 Hydrogen pump 47 Gas Liquid separator 48 Exhaust drain valve 60 Cathode gas supply and discharge mechanism 61 Cathode gas supply channel 62 Cathode gas discharge channel 63 Air compressor 70 Refrigerant circulation mechanism 71 Refrigerant circulation flow Path 72 Pump 80 Reporting unit 84 Storage unit 90 Control unit 94 Pressure sensor 100 Fuel cell system 200 Hydrogen gas tank

Claims

A fuel cell system,
a fuel cell stack having a plurality of stacked single cells;
a gas-liquid separator that separates water contained in the anode off-gas discharged from the fuel cell stack and stores the separated water;
a hydrogen pump for circulating the anode off-gas from which the water has been separated and returning it to the fuel cell stack;
a flow control valve for controlling the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack;
an exhaust and drain valve that discharges the stored water to the outside by switching from a closed state to an open state;
a reporting unit;
a voltage acquisition unit that acquires the voltage of each unit cell;
a freezing detection unit that detects freezing of at least one of the hydrogen pump and the exhaust/drain valve;
a control unit that controls the operation of the flow control valve and the operation of the notification unit;
The control unit
if the voltage of at least one of the single cells among the obtained voltages is a negative voltage, instructing the flow control valve to change the operation so as to increase the flow rate of the anode gas;
When at least one of the voltages obtained after the instruction is a negative voltage and freezing of at least one of the hydrogen pump and the exhaust/drain valve is detected , causing the notification unit to notify the occurrence of freezing,
When the voltage of at least one of the single cells among the voltages acquired after the instruction is a negative voltage, and freezing has not been detected in either the hydrogen pump or the exhaust/drain valve , a fuel cell system that causes the notification unit to notify the occurrence of a failure.