JP7843683B2 - 燃料電池装置、エラーリトライ制御方法およびプログラム - Google Patents
燃料電池装置、エラーリトライ制御方法およびプログラムInfo
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Description
また、燃料電池は、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出すものであるため、高い効率で電気エネルギーを取り出すことができると同時に、静かで有害な排ガスを出さないという利点を有し、環境に優しい装置である。
図1から図6を用いて、本実施形態に係る燃料電池装置1について説明する。
図1に示すように、燃料電池装置1は、燃料電池モジュール10と、セルスタック11と、改質器12と、被改質ガス供給部13と、酸素含有ガス供給部14と、換気ファン17と、第1の熱交換器22と、蓄熱タンク23と、ラジエータ24と、第2の熱交換器25と、凝縮水タンク26と、制御ユニット30と、インバータ40と、温度センサTSと、燃料ポンプB1と、空気ブロアB2と、電磁弁V1と、熱媒ポンプP1と、改質水ポンプP2と、を含んで構成されている。
燃料電池セルは、平板型、中空平板型、円筒型、横縞型等、公知のタイプのものを利用することができる。燃料電池セルスタックは、例えば、内部を燃料ガスが長手方向(稼動時上下方向)に流通する燃料ガス流路(図示せず)を有する中空平板型の燃料電池セルを立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル間が集電部材を介して電気的に直列に接続されて構成されている。
改質器12には、後述する被改質ガス供給部13と、改質水を供給する改質水ポンプP2とが接続されており、被改質ガスと改質水とは、加熱された改質器12において改質反応し、水素を含む燃料ガスが生成される。
被改質ガスとしては、天然ガス、LPガスや灯油等を例示することができる。
酸素含有ガス供給部14は、空気ブロアB2を介して、外部から酸素含有ガスを供給する。
この第1熱媒循環ラインには熱媒体(水)が導入されており、第1の熱交換器22では、この熱媒体と排ガスと間で熱交換が行われ、熱媒体が加熱される。
蓄熱タンク23に蓄えられた熱媒体は、ラジエータ24に送られて冷却され、再び第1の熱交換器22において排ガスとの間で熱交換を行った後、蓄熱タンク23に還流する。
これにより、蓄熱タンク23には上部から温度の高い熱媒体が蓄えられ温度成層が形成される。
そして、加温された水は、外部の給湯器等の再加熱装置に向けて送給流路29を介して送給される。
凝縮水タンク26に貯水された凝縮水は、改質水ポンプP2により、改質器12で必要となる水の量に応じて、改質器12に供給される。
本実施形態において、制御ユニット30は、燃料電池装置1の動作異常を検出し、異常が検出された場合に、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したことを条件に、運転を一旦停止させた後、自動再起動させるエラーリトライ処理を実行する。
また、制御ユニット30は、エラーリトライ処理の実行回数が設定された設定回数を超えた場合には、第1の閾値を超えたときに、運転を停止状態とする。
さらに、制御ユニット30は、エラーリトライ処理が実行されたときに、リトライフラグをオンとし、エラーリトライ処理の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、リトライフラグをオフとする。
なお、所定期間としては、例えば、25日間を例示することができる。
図2に示すように、異常判定ブロックは、制御ユニット30と、温度センサTSと、ガス流量計310と、空気流量計320と、回転検出部330と、運転停止部340と、再起動部350と、を含んで構成されている。
温度センサTSによる検出結果は、リアルタイムに制御ユニット30へ出力される。
ガス流量計310による計測結果は、リアルタイムに制御ユニット30へ出力される。
ガス流量計310による計測結果から得られるエラーモードとしては、例えば、ガス流量異常やガス流量停止等が挙げられる。
空気流量計320による計測結果は、リアルタイムに制御ユニット30へ出力される。
空気流量計320による計測結果から得られるエラーモードとしては、例えば、空気流量異常等が挙げられる。
回転検出部330による計測結果は、リアルタイムに制御ユニット30へ出力される。
回転検出部330による計測結果から得られるエラーモードとしては、例えば、換気ファン17の回転異常や熱媒ポンプP1の回転異常、空気ブロアB2の回転異常、ラジエータファンの回転異常等が挙げられる。
再起動部350は、制御ユニット30からの再起動信号に基づいて、燃料電池装置1の動作を一旦停止させた後、起動させる再起動処理を実行する。
図3に示すように、本実施形態に係る制御ユニット30は、検出情報取得部31と、判定部32と、運転制御部33と、閾値記憶部34と、フラグ記憶部35と、を含んで構成されている。
検出情報取得部31において取得された検出情報は、後述する判定部32に出力される。
具体的は、判定部32は、閾値記憶部34に格納された第2の閾値を読み出して、検出情報取得部31の検出情報から得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したか否かを判定する。
ここで、第1の閾値は、例えば、燃料電池装置1の明らかな異常を示す異常閾値であり、第2の閾値は、異常閾値までには至らない管理値である。
管理値は、例えば、異常閾値の40%から50%の値を例示することができる。
また、運転制御部33は、エラーリトライ処理の実行回数が2回目である場合には、第1の閾値を超えたときに、燃料電池装置1の運転を停止状態とする。
具体的には、運転制御部33は、判定部32が、検出値が運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したと判定したときに、フラグ記憶部35内のフラグ情報を確認し、リトライフラグがオンである場合には、第1の閾値を超えたときに、燃料電池装置1の運転を停止状態とする。
また、運転制御部33は、エラーリトライ処理が実行されたときに、リトライフラグをオンとし、エラーリトライ処理の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、リトライフラグをオフとする。
具体的には、運転制御部33は、エラーリトライ処理が実行されたときに、リトライフラグがオンである旨の情報をフラグ記憶部35に書込み、エラーリトライ処理の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、フラグ記憶部35のリトライフラグをオンからオフに書き換える。
閾値記憶部34内の情報は、判定部32により読み出される。
フラグ記憶部35内のリトライフラグ情報は、運転制御部33により読出しあるいは書込みが行われる。
図4を用いて、本実施形態に係る制御ユニット30の処理について説明する。
検出情報取得部31による検出情報は、判定部32に送出される。
判定部32は、検出情報取得部31の検出情報から得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したと判定する場合(ステップS120の「YES」)には、その旨を運転制御部33に通知する。
運転制御部33は、フラグ記憶部35内のリトライフラグ情報を読み出して、リトライフラグがオフであることを確認した場合(ステップS130の「YES」)には、燃料電池装置1の運転を停止させる処理を実行する(ステップS140)。
図5を用いて、本実施形態に係る制御ユニット30におけるエラー停止処理について説明する。
図6を用いて、本実施形態に係る制御ユニット30におけるリトライクリア処理について説明する。
運転制御部33は、リトライフラグの情報がオフからオンになっていないと判定する場合(ステップS310の「NO」)には、処理を元に戻す。
そして、運転制御部33は、タイマのカウント数が所定日数を超えていないと判定する場合(ステップS330の「YES」)には、タイマのカウントを継続させて(ステップS340)、処理をステップS330に戻す。
以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池装置1における制御ユニット30の判定部32は、検出情報取得部31の検出情報から得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したか否かを判定する。
そして、運転制御部33は、判定部32が、検出値が運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したと判定したときに、燃料電池装置1の運転を一旦停止させた後、自動再起動させるエラーリトライ処理を実行する。
つまり、運転制御部33は、検出情報取得部31の検出情報から得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値に至らない第2の閾値に達した場合に、燃料電池装置1の運転を一旦停止させた後、自動再起動させるエラーリトライ処理を実行する。
そのため、異常判定時において、異常閾値を超える運転回数を低減することにより、信頼性を損ねることを防止することができる。
つまり、運転制御部33は、エラーリトライ処理の実行回数が設定回数を超えた場合には、再び、エラーリトライ処理の実行することなく、第1の閾値を超えたときに、燃料電池装置1の運転を停止状態とし、過剰なダメージを回避する。
そのため、異常判定時において、異常閾値を超える運転回数を低減することにより、信頼性を損ねることを防止することができる。
つまり、運転制御部33は、エラーリトライ処理の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、前回のエラーが突発的あるいは偶発的なエラーであるとして、リトライフラグをオフとすることにより、再度のエラーリトライ処理を許容する。
そのため、実態にそぐわない燃料電池装置1の運転の停止を防止しつつ、異常判定時において、異常閾値を超える運転回数を低減することにより、信頼性を損ねることを防止することができる。
本実施形態においては、管理値を異常閾値の40%から50%の値として例示したが、多くの検証実験の結果や燃料電池装置1の今までの稼動状況に応じて、管理値の値を定めてもよい。
このようにすることにより、燃料電池装置1の信頼性を維持しつつ、効率的な運転を実現することができる。
本実施形態においては、エラーリトライ処理の実行回数が予め設定されていることを例示したが、予め設定されているエラーリトライ処理の実行回数としては、1回が好ましい。
つまり、エラーリトライ処理の実行回数を複数回許容してしまうと、燃料電池装置1に少なからずダメージを与えてしまう虞がある。
このようにすることにより、燃料電池装置1の信頼性を維持しつつ、効率的な運転を実現することができる。
本実施形態においては、所定期間を25日間と例示したが、過去の故障情報や今までの燃料電池装置1の稼動状況に応じて、所定期間を個別に設定してもよい。
このようにすることにより、燃料電池装置1の信頼性を維持しつつ、効率的な運転を実現することができる。
複数の燃料電池装置1から、エラーモードと異常停止に至る可能性に関する学習を行い、学習結果から得られるエラーモードごとの異常停止に至る度合いから異常閾値と管理値との関係を定めるようにしてもよい。
このようにすることにより、燃料電池装置1の信頼性を維持しつつ、効率的な運転を実現することができる。
ここでいうコンピュータシステムとは、OSや周辺装置等のハードウェアを含む。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。
ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
10;燃料電池モジュール
11;セルスタック
12;改質器
13;被改質ガス供給部
14;酸素含有ガス供給部
17;換気ファン
22;第1の熱交換器
23;蓄熱タンク
24;ラジエータ
25;第2の熱交換器
26;凝縮水タンク
29;送給流路
30;制御ユニット
31;検出情報取得部
32;判定部
33;運転制御部
34;閾値記憶部
35;フラグ記憶部
40;インバータ
310;ガス流量計
320;空気流量計
330;回転検出部
340;運転停止部
350;再起動部
TS;温度センサ
B1;燃料ポンプ
B2;空気ブロア
V1;電磁弁
P1;熱媒ポンプ
P2;改質水ポンプ
Claims (9)
- 燃料電池と、補機と、制御ユニットと、を含む燃料電池装置であって、
前記制御ユニットは、
検出機器から検出情報を取得する検出情報取得部と、
前記検出情報取得部の検出情報から得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したか否かを判定する判定部と、
前記判定部が、検出値が運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したと判定したときに、前記運転を一旦停止させた後、自動再起動させるエラーリトライ処理を実行する運転制御部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池装置。 - 前記エラーリトライ処理の実行回数が設定され、
前記運転制御部は、前記エラーリトライ処理の実行回数が設定回数を超えた場合には、前記第1の閾値を超えたときに、運転を停止状態とすることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。 - 前記運転制御部は、前記エラーリトライ処理が実行されたときに、リトライフラグをオンとし、前記エラーリトライ処理の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、前記リトライフラグをオフとすることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池装置。
- 燃料電池と、補機と、検出情報取得部と判定部と運転制御部とを備えた制御ユニットと、を含む燃料電池装置におけるエラーリトライ制御方法であって、
前記検出情報取得部が、検出機器から検出情報を取得する第1の工程と、
前記判定部が、前記第1の工程において得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したか否かを判定する第2の工程と、
前記運転制御部が、前記検出値が運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したと判定したときに、前記運転を一旦停止させた後、自動再起動させるエラーリトライ処理を実行する第3の工程と、
を備えたことを特徴とするエラーリトライ制御方法。 - 前記第2の工程の実行回数が設定され、
前記運転制御部は、前記第2の工程の実行回数が設定回数を超えた場合には、前記第1の閾値を超えたときに、運転を停止状態とすることを特徴とする請求項4に記載のエラーリトライ制御方法。 - 前記第2の工程が実行されたときに、リトライフラグをオンとし、前記第2の工程の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、前記リトライフラグをオフとすることを特徴とする請求項4または5に記載のエラーリトライ制御方法。
- 燃料電池と、補機と、検出情報取得部と判定部と運転制御部とを備えた制御ユニットと、を含む燃料電池装置におけるエラーリトライ制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記検出情報取得部が、検出機器から検出情報を取得する第1の工程と、
前記判定部が、前記第1の工程において得られた検出値が、運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したか否かを判定する第2の工程と、
前記運転制御部が、前記検出値が運転を停止状態とする第1の閾値よりも低い第2の閾値に達したと判定したときに、前記運転を一旦停止させた後、自動再起動させるエラーリトライ処理を実行する第3の工程と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 前記第2の工程の実行回数が設定され、
前記運転制御部は、前記第2の工程の実行回数が設定回数を超えた場合には、前記第1の閾値を超えたときに、運転を停止状態とすることを特徴とする請求項7に記載のプログラム。 - 前記第2の工程が実行されたときに、リトライフラグをオンとし、前記第2の工程の実行後、所定期間、通常運転が継続した場合には、前記リトライフラグをオフとすることを特徴とする請求項7または8に記載のプログラム。
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