WO2015053156A1 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
WO2015053156A1
WO2015053156A1 PCT/JP2014/076328 JP2014076328W WO2015053156A1 WO 2015053156 A1 WO2015053156 A1 WO 2015053156A1 JP 2014076328 W JP2014076328 W JP 2014076328W WO 2015053156 A1 WO2015053156 A1 WO 2015053156A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow rate
fuel cell
compressor
cathode gas
target
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/076328
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隼人 筑後
要介 冨田
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to CA2926906A priority Critical patent/CA2926906C/en
Priority to JP2015541543A priority patent/JP6137329B2/ja
Priority to CN201480055285.7A priority patent/CN105612646B/zh
Priority to EP14853084.3A priority patent/EP3057167B1/en
Priority to US15/027,403 priority patent/US9847538B2/en
Publication of WO2015053156A1 publication Critical patent/WO2015053156A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • the larger of the target flow rate of the cathode gas determined from the requirements of the fuel cell and the lower limit flow rate of the cathode gas determined from the requirements of the fuel cell system Is set as the target supply flow rate of the compressor.
  • the compressor is controlled so that the detection value of the sensor that detects the supply flow rate of the compressor becomes the target supply flow rate.
  • the lower limit flow rate is set as the target supply flow rate of the compressor
  • cathode gas exceeding the target flow rate required by the fuel cell is supplied from the compressor. Therefore, in order to flow surplus cathode gas unnecessary for the fuel cell to the bypass passage, the supply flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell is detected by a sensor provided separately on the fuel cell side, and the detection value of this sensor is The opening degree of the bypass valve is controlled so as to achieve the target flow rate.
  • the sensor for detecting the supply flow rate of the compressor and the sensor for detecting the supply flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell are respectively provided in the passage on the compressor side before bypass and the passage on the fuel cell side after bypass. Therefore, the detection values of these sensors are different when the bypass valve is open. For this reason, there is a problem that when the bypass valve is open, alignment cannot be achieved and an abnormality cannot be detected.
  • the present invention has been made paying attention to such problems, and in a fuel cell system including a cathode gas bypass type cathode gas supply system, a sensor for detecting a supply flow rate of a compressor, and a supply to the fuel cell
  • An object of the present invention is to detect an abnormality by matching a sensor for detecting the supply flow rate of the cathode gas.
  • a cathode gas bypass-type cathode gas supply system that bypasses a fuel cell through a bypass passage for a part of the cathode gas discharged from a compressor provided in the cathode gas supply passage.
  • a fuel cell system is provided. The fuel cell system is provided in the cathode gas supply passage upstream of the connection portion with the bypass passage, and is downstream of the connection portion between the first flow rate sensor for detecting the flow rate of the cathode gas supplied by the compressor and the bypass passage.
  • a second flow rate sensor provided in the cathode gas supply passage for detecting the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell; and a bypass valve provided in the bypass passage for adjusting the flow rate of the cathode gas flowing through the bypass passage. . Then, the fuel cell system controls the opening and closing of the bypass valve according to the operating state, and based on the detection values of the first flow sensor and the second flow sensor when the bypass valve is fully closed, Detect consistency.
  • FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the cathode compressor and the bypass valve according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining details of the target bypass valve opening degree calculation unit.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the contents of the bypass valve fully closed determination process.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating details of the dilution request compressor supply flow rate calculation unit.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining fail-safe control.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating details of the wetness control request stack supply flow rate calculation unit according to the present embodiment.
  • a fuel cell has an electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidizer electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidation) Power is generated by supplying the agent gas.
  • the electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
  • Anode electrode 2H 2 ⁇ 4H + + 4e ⁇ (1)
  • Cathode electrode 4H + + 4e ⁇ + O 2 ⁇ 2H 2 O (2)
  • the fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reaction of (1) and (2).
  • a fuel cell When a fuel cell is used as a power source for automobiles, the required power is large, so it is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 1 as a fuel cell, a cathode gas supply / discharge device 2, an anode gas supply / discharge device 3, and a controller 4.
  • the fuel cell stack 1 is formed by stacking several hundred fuel cells, and receives the supply of anode gas and cathode gas to generate electric power necessary for driving the vehicle.
  • the cathode gas supply / discharge device 2 supplies cathode gas (air) to the fuel cell stack 1 and discharges cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 to the outside air.
  • the cathode gas supply / discharge device 2 includes a cathode gas supply passage 21, a cathode gas discharge passage 22, a filter 23, a cathode compressor 24 as a compressor, an intercooler 25, and a water recovery device (Water Recovery Device; hereinafter referred to as "WRD").
  • a cathode pressure regulating valve 27 a bypass passage 28, a bypass valve 29, a first air flow sensor 41 as a first flow sensor, a second air flow sensor 42 as a second flow sensor, and a cathode A pressure sensor 43 and a temperature sensor 44 are provided.
  • the cathode gas supply passage 21 is a passage through which the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 flows.
  • the cathode gas supply passage 21 has one end connected to the filter 23 and the other end connected to the cathode gas inlet hole of the fuel cell stack 1.
  • the cathode gas discharge passage 22 is a passage through which the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 1 flows. One end of the cathode gas discharge passage 22 is connected to the cathode gas outlet hole of the fuel cell stack 1, and the other end is an open end.
  • the cathode off gas is a mixed gas such as oxygen not used in the electrode reaction, nitrogen contained in the cathode gas, and water vapor generated by the electrode reaction.
  • the filter 23 removes foreign matters in the cathode gas taken into the cathode gas supply passage 21.
  • the cathode compressor 24 is provided in the cathode gas supply passage 21.
  • the cathode compressor 24 takes air as cathode gas into the cathode gas supply passage 21 through the filter 23 and supplies the air to the fuel cell stack 1.
  • the intercooler 25 is provided in the cathode gas supply passage 21 downstream from the cathode compressor 24.
  • the intercooler 25 cools the cathode gas discharged from the cathode compressor 24.
  • the WRD 26 is connected to each of the cathode gas supply passage 21 and the cathode gas discharge passage 22, collects moisture in the cathode off-gas flowing through the cathode gas discharge passage 22, and cathode that flows through the cathode gas supply passage 21 with the collected moisture. Humidify the gas.
  • the cathode pressure regulating valve 27 is provided in the cathode gas discharge passage 22 downstream of the WRD 26.
  • the cathode pressure regulating valve 27 is controlled to be opened and closed by the controller 4 and adjusts the pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 to a desired pressure. In addition, you may make it provide throttles, such as an orifice, without providing the cathode pressure regulation valve 27.
  • the bypass passage 28 is provided so that a part of the cathode gas discharged from the cathode compressor 24 can be directly discharged to the cathode gas discharge passage 22 without going through the fuel cell stack 1 as necessary. It is.
  • One end of the bypass passage 28 is connected to the cathode gas supply passage 21 between the cathode compressor 24 and the intercooler 25, and the other end is connected to the cathode gas discharge passage 22 downstream of the cathode pressure regulating valve 27.
  • bypass valve 29 is provided in the bypass passage 28.
  • the bypass valve 29 is controlled to be opened and closed by the controller 4 to adjust the flow rate of the cathode gas flowing through the bypass passage 28 (hereinafter referred to as “bypass flow rate”).
  • the first air flow sensor 41 is provided in the cathode gas supply passage 21 upstream of the cathode compressor 24.
  • the first air flow sensor 41 detects the flow rate of the cathode gas supplied to the cathode compressor 24 (hereinafter referred to as “compressor supply flow rate”).
  • compressor supply flow rate the flow rate of the cathode gas supplied to the cathode compressor 24
  • detected compressor supply flow rate the detection value of the first air flow sensor 41
  • the second air flow sensor 42 is provided in the cathode gas supply passage 21 downstream from the connection portion with the bypass passage 28.
  • the second air flow sensor 42 detects the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 out of the cathode gas discharged from the cathode compressor 24 (hereinafter referred to as “stack supply flow rate”).
  • the stack supply flow rate is a flow rate obtained by subtracting the bypass flow rate from the compressor supply flow rate.
  • the detection value of the second air flow sensor 42 is referred to as “detection stack supply flow rate”.
  • the cathode pressure sensor 43 is provided in the cathode gas supply passage 21 in the vicinity of the cathode gas inlet side of the WRD 26.
  • the cathode pressure sensor 43 detects the pressure of the cathode gas in the vicinity of the cathode gas inlet side of the WRD 26.
  • the detected value of the cathode pressure sensor 43 is referred to as “detected cathode pressure”.
  • the temperature sensor 44 is provided in the cathode gas supply passage 21 between the intercooler 25 and the WRD 26.
  • the temperature sensor 44 detects the temperature on the cathode gas inlet side of the WRD 26 (hereinafter referred to as “WRD inlet temperature”).
  • the anode gas supply / discharge device 3 supplies anode gas to the fuel cell stack 1 and discharges anode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 to the cathode gas discharge passage 22.
  • the anode gas supply / discharge device 3 includes a high-pressure tank 31, an anode gas supply passage 32, an anode pressure regulating valve 33, an anode gas discharge passage 34, a purge valve 35, and an anode pressure sensor 45.
  • the high-pressure tank 31 stores the anode gas (hydrogen) supplied to the fuel cell stack 1 while maintaining the high-pressure state.
  • the supply port of the high-pressure tank 31 is provided with a shutoff valve 311 for stopping the supply of anode gas when the system is stopped.
  • the anode gas supply passage 32 is a passage for supplying the anode gas discharged from the high-pressure tank 31 to the fuel cell stack 1.
  • the anode gas supply passage 32 has one end connected to the supply port of the high pressure tank 31 and the other end connected to the anode gas inlet hole of the fuel cell stack 1.
  • the anode pressure regulating valve 33 is provided in the anode gas supply passage 32.
  • the anode pressure regulating valve 34 is controlled to be opened and closed by the controller 4 to adjust the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 to a desired pressure.
  • the anode gas discharge passage 34 is a passage through which the anode off gas discharged from the fuel cell stack 1 flows.
  • the anode gas discharge passage 34 has one end connected to the anode gas outlet hole of the fuel cell stack 1 and the other end connected to the cathode gas discharge passage 22.
  • the anode off gas discharged to the cathode gas discharge passage 22 via the anode gas discharge passage 34 is mixed with the cathode off gas in the cathode gas discharge passage 22 and discharged to the outside of the fuel cell system 100. Since the anode off gas contains excess anode gas that was not used for the electrode reaction, the anode off gas is mixed with the cathode off gas and discharged to the outside of the fuel cell system 100, so that the hydrogen concentration in the exhaust gas is preliminarily set. It is set to be equal to or less than a predetermined concentration.
  • the predetermined concentration is set to a value of 4% or less, which is the flammable concentration of hydrogen.
  • the purge valve 35 is provided in the anode gas discharge passage 34.
  • the purge valve 35 is controlled to be opened and closed by the controller 4 and adjusts the flow rate of the anode off gas discharged from the anode gas discharge passage 34 to the cathode gas discharge passage 22.
  • the anode pressure sensor 45 is provided in the anode gas supply passage 32 downstream of the anode pressure regulating valve 33 and detects the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “anode pressure”).
  • anode pressure the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1
  • the detected value of the anode pressure sensor 45 is referred to as “detected anode pressure”.
  • the controller 4 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • the controller 4 functions as a bypass valve control means, a mismatch diagnosis means, a compressor control means, a target cathode gas flow rate calculation means, a lower limit flow rate calculation means, a target wetness degree calculation means, and a target wetness degree correction means. To do.
  • the controller 4 includes a current sensor 46 that detects a current (output current) extracted from the fuel cell stack 1 and a voltage sensor that detects an output voltage of the fuel cell stack 1. 47, signals from various sensors such as an accelerator stroke sensor 48 for detecting the amount of depression of the accelerator pedal (hereinafter referred to as “accelerator operation amount”) and an SOC sensor 49 for detecting the amount of charge of a battery (not shown) are input.
  • a current sensor 46 that detects a current (output current) extracted from the fuel cell stack 1
  • a voltage sensor that detects an output voltage of the fuel cell stack 1. 47
  • signals from various sensors such as an accelerator stroke sensor 48 for detecting the amount of depression of the accelerator pedal (hereinafter referred to as “accelerator operation amount”) and an SOC sensor 49 for detecting the amount of charge of a battery (not shown) are input.
  • the controller 4 calculates the target output power based on the required power of the travel motor (not shown) for driving the vehicle, the required power of auxiliary equipment such as the cathode compressor 24, and the charge / discharge request of the battery (not shown). Based on the target output power, the target output current is calculated from the predetermined IV characteristics of the fuel cell stack 1.
  • the controller 4 feedback-controls the cathode compressor 22 and the bypass valve 29 so as to satisfy the stack request and the dilution request at the same time.
  • the stack request is a request for generating the fuel cell stack 1 in an optimal state in consideration of securing the oxygen partial pressure, the wet state of the electrolyte membrane, and the like when generating the target output power.
  • the dilution request is a request for setting the hydrogen concentration in the exhaust gas discharged outside the fuel cell system 100 to a predetermined concentration or less.
  • the controller 4 has a compressor supply flow rate (hereinafter referred to as “stack request compressor supply flow rate”) required to satisfy the stack request and a compressor supply flow rate required to satisfy the dilution request (hereinafter referred to as “dilution request compressor”).
  • the larger one of the “supply flow rate”) is set as the target compressor supply flow rate, and the cathode compressor 24 is feedback-controlled so that the detected compressor supply flow rate becomes the target compressor supply flow rate.
  • the cathode compressor 24 when the dilution demand compressor supply flow rate is set as the target compressor supply flow rate, the cathode compressor 24 must supply a cathode gas equal to or higher than the stack demand compressor supply flow rate. Therefore, surplus cathode gas unnecessary for power generation is supplied to the fuel cell stack 1.
  • the controller 4 controls the bypass valve 29 so that excess cathode gas unnecessary for power generation flows to the bypass passage 28. Specifically, the controller 4 controls the bypass valve 29 so that the detected stack supply flow rate becomes a stack supply flow rate (hereinafter referred to as “target stack supply flow rate”) necessary for satisfying the stack request.
  • target stack supply flow rate a stack supply flow rate
  • the detection value (detection compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 is used for the control of the cathode compressor 24, and the detection value (detection stack) of the second air flow sensor 42 is used for the control of the bypass valve 29. Supply flow).
  • the cathode compressor 24 and the bypass valve 29 cannot be controlled as intended.
  • the compressor supply flow rate becomes smaller than the target compressor supply flow rate. Therefore, when the dilution request compressor supply flow rate is set as the target compressor supply flow rate, there is a possibility that the dilution request cannot be sufficiently satisfied. Therefore, it is desired to carry out a mismatch diagnosis for detecting a mismatch between detection values of the two sensors 41 and 42 provided in the cathode gas supply passage 21.
  • the first air flow sensor 41 is provided in the cathode gas supply passage 21 upstream of the connection portion with the bypass passage 28, and the second air flow sensor 42 is supplied with the cathode gas downstream of the connection portion with the bypass passage 28. It is provided in the passage 21. Therefore, when the bypass valve 29 is open, the detection values of the two sensors 41 and 42 are different from each other. Therefore, the detection values of the sensors 41 and 42 cannot be matched, and a mismatch diagnosis is performed. Cannot be implemented.
  • the bypass valve 29 when the bypass valve 29 is in a closed state, the detection values of these sensors 41 and 42 are matched to perform a mismatch diagnosis, and the bypass valve 29 is forcibly set as necessary. Close and perform inconsistency diagnosis. Then, the fuel cell system 100 is controlled so that the dilution request can be maintained even when these two sensors 41 and 42 are inconsistent.
  • control of the fuel cell system 100 including this inconsistency diagnosis will be described.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the cathode compressor 24 and the bypass valve 29 according to the present embodiment.
  • the target output current is input to the oxygen partial pressure securing request stack supply flow rate calculation unit 101.
  • the oxygen partial pressure securing request stack supply flow rate calculation unit 101 calculates the oxygen partial pressure securing request stack supply flow rate based on the target output current.
  • This oxygen partial pressure securing request stack supply flow rate is the stack supply necessary for securing the oxygen partial pressure necessary for the electrode reaction in the cathode electrode of each fuel cell when the target output current is taken out from the fuel cell stack 1. This is the target flow rate.
  • the oxygen supply partial pressure securing request stack supply flow rate is larger when the target output current is large than when the target output current is small.
  • the wetness control request stack supply flow rate calculation unit 102 includes, for example, the impedance (HFR) of the fuel cell stack 1 calculated by the AC impedance method, the target impedance calculated according to the target output current of the fuel cell stack 1, and Is entered.
  • the impedance of the fuel cell stack 1 has a correlation with the wetness of the electrolyte membrane, and the lower the impedance, the higher the wetness (moisture content) of the electrolyte membrane.
  • the wetness control request stack supply flow rate calculation unit 102 calculates the target value of the stack supply flow rate for setting the impedance to the target impedance as the wetness control request stack supply flow rate based on the deviation between the impedance and the target impedance.
  • the stack supply flow rate required for controlling the wetness is the stack supply flow rate necessary for controlling the wetness (moisture content) of the electrolyte membrane to an optimum wetness according to the target output current of the fuel cell stack 1. It is.
  • the target stack supply flow rate setting unit 103 receives the oxygen partial pressure securing request stack supply flow rate and the wetness control request stack supply flow rate.
  • the target stack supply flow rate setting unit 103 sets the larger one of these two as the target stack supply flow rate.
  • the detected bypass supply flow rate and the target stack supply flow rate are input to the target bypass valve opening calculation unit 104.
  • the target bypass valve opening calculator 104 calculates the target bypass valve opening based on these input values. Details of the target bypass valve opening calculation unit 104 will be described later with reference to the flowcharts of FIGS. 3 and 4.
  • the target bypass valve opening is input to the bypass valve control unit 105.
  • the bypass valve control unit 105 controls the opening degree of the bypass valve 29 to the target bypass valve opening degree.
  • the detected stack supply flow rate and the target stack supply flow rate are input to the stack required compressor supply flow rate calculation unit 106.
  • the stack required compressor supply flow rate calculation unit 106 calculates a target value of the compressor supply flow rate to make the detected stack supply flow rate the target stack supply flow rate based on the deviation between the detected stack supply flow rate and the target stack supply flow rate. Calculate as supply flow rate.
  • This stack required compressor supply flow rate is a compressor supply flow rate required to satisfy the requirements of the fuel cell stack 1 such as the oxygen partial pressure securing request and the wetness control request.
  • the target output current, the detected compressor supply flow rate, and the detection stack supply flow rate are input to the dilution request compressor supply flow rate calculation unit 107.
  • the dilution request compressor supply flow rate calculation unit 107 calculates the dilution request compressor supply flow rate based on these input values.
  • This dilution request compressor supply flow rate is not a request of the fuel cell stack 1, but a compressor supply flow rate necessary for satisfying the request of the fuel cell system 100 to set the hydrogen concentration in the exhaust gas to a predetermined concentration or less. Details of the dilution request compressor supply flow rate calculation unit 107 will be described later with reference to the flowchart of FIG.
  • the target compressor supply flow rate setting unit 108 receives the stack request compressor supply flow rate and the dilution request compressor supply flow rate. The target compressor supply flow rate setting unit 108 sets the larger one of these two input values as the target compressor supply flow rate.
  • the cathode compressor control unit 109 receives a compressor supply flow rate and a target compressor supply flow rate.
  • the cathode compressor control unit 109 calculates a torque command value for the cathode compressor 24 based on the deviation between the compressor supply flow rate and the target compressor supply flow rate, and controls the cathode compressor 24 according to the torque command value.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the details of the target bypass valve opening degree calculation unit 104.
  • step S1 the controller 4 sets the opening degree of the bypass valve 29 for changing the detected stack supply flow rate to the target stack supply flow rate based on the deviation between the detected stack supply flow rate and the target stack supply flow rate. Calculate as degrees.
  • the target compressor supply flow rate calculation unit 108 calculates the stack required compressor supply flow rate as the target compressor supply flow rate, the detected stack supply flow rate matches the target stack supply flow rate with the bypass valve 29 fully closed. Therefore, the control target bypass valve opening is zero (fully closed).
  • control target bypass valve opening can take all values from zero to the fully open value according to the deviation between the detected stack supply flow rate and the target stack supply flow rate.
  • step S2 the controller 4 determines whether or not the state in which the bypass valve 29 is opened continues for the first predetermined time. Specifically, the controller 4 determines whether or not the bypass valve opening time Top has become longer than the first predetermined time. The controller 4 performs the process of step S3 if the bypass valve opening time Top is longer than the first predetermined time, and performs the process of step S4 if it is less than the first predetermined time.
  • step S3 the controller 4 forcibly fully closes the bypass valve 29 to make the detected values of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42 coincide with each other. Closed).
  • step S4 the controller 4 determines that it is not necessary to match the detection values of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42, and sets the target bypass valve opening as the control target bypass valve opening.
  • step S5 the controller 4 performs a bypass valve fully closed determination process.
  • the bypass valve fully closed determination process is a process for determining whether the bypass valve 29 is fully closed in consideration of the control delay of the bypass valve 29. Details of the bypass valve fully closed determination process will be described later with reference to the flowchart of FIG.
  • step S6 the controller 4 determines whether or not the bypass valve fully closed flag Fcls is set to ON.
  • the bypass valve fully closed flag Fcls is a flag that is set to ON when it is determined that the bypass valve 29 is fully closed.
  • the controller 4 performs the process of step S7 if the bypass valve fully closed flag Fcls is set to ON, and performs the process of step S8 if it is set to OFF.
  • step S7 the controller 4 sets the bypass valve opening time Top to zero.
  • step S8 the controller 4 sets a value obtained by adding the calculation period Tsmp of the controller 4 to the previous value of the bypass valve opening time Top as the bypass valve opening time Top.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the content of the bypass valve fully closed determination process.
  • step S51 the controller 4 determines whether or not the target bypass valve opening is zero. If the target bypass valve opening is zero, the controller 4 performs the process of step S52, and otherwise performs the process of step S56.
  • step S52 the controller 4 determines whether or not the bypass valve closing time Tcls is greater than the second predetermined time.
  • the second predetermined time is a predetermined value set in consideration of the response delay of the bypass valve 29.
  • the controller 4 performs the process of step S53 if the bypass valve closing time Tcls is greater than the second predetermined time, and performs the process of step S54 if it is less than the second predetermined time.
  • step S53 the controller 4 sets the bypass valve fully closed flag Fcls to ON. In this way, after the second predetermined time has elapsed since the target bypass valve opening is set to zero, the bypass valve fully closed flag Fcls is turned ON before the bypass valve 29 is fully closed. Inconsistency diagnosis is prevented from being executed.
  • step S54 the controller 4 sets the bypass valve fully closed flag Fcls to OFF.
  • step S55 the controller 4 sets a value obtained by adding the calculation cycle Tsmp to the previous value of the bypass valve closing time Tcls as the bypass valve closing time Tcls.
  • step S56 the controller 4 sets the bypass valve fully closed flag Fcls to OFF.
  • step S57 the controller 4 returns the bypass valve closing time Tcls to zero.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the details of the dilution request compressor supply flow rate calculation unit 107.
  • step S11 the controller 4 calculates the basic dilution request compressor supply flow rate based on the target output current.
  • the basic dilution request compressor supply flow rate is a compressor supply flow rate necessary for setting the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged outside the fuel cell system 100 to a predetermined concentration or less.
  • the basic dilution request compressor supply flow rate is increased when the target output current is large compared to when the target output current is small, but may be a constant value regardless of the target output current.
  • step S12 the controller 4 reads the bypass valve fully closed flag Fcls. If the bypass valve fully closed flag Fcls is ON, the controller 4 performs step S13. If OFF, the controller 4 performs step S17.
  • step S13 the controller 4 performs inconsistency diagnosis of the detection values of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor. Specifically, the controller 4 determines that the absolute value of the true value deviation obtained by subtracting a predetermined error from the detected values of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42 is the maximum of the true value deviation assumed in advance. It is determined whether or not it has become larger than a value (hereinafter referred to as “assumed maximum value”). The controller 4 performs the process of step S14 if the absolute value of the true value deviation is larger than the assumed maximum value, and performs the process of step S16 if it is less than the assumed maximum value.
  • step S14 the controller 4 displays a warning light on the assumption that the detected values of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42 are more inconsistent than expected.
  • step S15 the controller 4 calculates a correction value for the basic dilution request compressor supply flow rate. Specifically, the controller 4 changes the detection value (detected stack supply flow rate) of the second air flow sensor 42 from the detection value (detection compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 as shown in the following equation (3). The larger of the subtracted value and zero is calculated as a correction value.
  • step S16 the controller 4 returns the correction value to zero.
  • step S17 the controller 4 uses the previous correction value as it is as the current correction value.
  • step S18 the controller 4 calculates the dilution request compressor supply flow rate by adding the correction value to the basic dilution request compressor supply flow rate.
  • the detected stack supply flow rate shows a value larger than the detected stack supply flow rate even though the bypass valve 29 is fully closed, either of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42 is detected. An abnormality may have occurred.
  • the detected value (detected compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 is a correct value, for example, the basic dilution request compressor supply flow rate is set to the target compressor supply flow rate, and the detected compressor supply flow rate is
  • the cathode compressor 24 is feedback-controlled so that the basic dilution request compressor supply flow rate is obtained, the following problems occur.
  • the detected value (detected stack supply flow rate) of the second air flow sensor 42 is a correct value
  • the detected value (detected compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 is higher than the actual value. Will be.
  • the cathode compressor is controlled so that the detected compressor supply flow rate becomes the basic dilution request compressor supply flow rate, the actual compressor supply flow rate will be smaller than the basic dilution request compressor supply flow rate, and the dilution request will be sufficient. Unsatisfied.
  • the detected value (detected stack supply flow rate) of the second air flow sensor 42 is assumed to be a correct value
  • the detected compressor supply flow rate is larger than the detected stack supply flow rate.
  • the difference is added to the basic dilution request compressor supply flow rate as a correction value to obtain the dilution request compressor supply flow rate.
  • the cathode compressor 24 is feedback-controlled so that the detected compressor supply flow rate becomes the dilution request compressor supply flow rate, the dilution request can be satisfied.
  • the detected value (detected compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 is correct, feedback control is performed on the cathode compressor 24 so that the detected compressor supply flow rate becomes the dilution request compressor supply flow rate.
  • the compressor supply flow rate is always larger than the basic dilution request compressor supply flow rate, so that the dilution request can be satisfied.
  • This fail control is a control for diagnosing whether or not the dilution air is insufficient, and stopping the supply of the anode gas when diagnosing that the dilution air is insufficient.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining fail-safe control.
  • step S31 the controller 4 reads the bypass valve fully closed flag Fcls. If the bypass valve fully closed flag Fcls is ON, the controller 4 performs the process of step S32. If OFF, the controller 4 performs the process of step S33.
  • step S32 the controller 4 calculates a correction value for the detection value (detected compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41. Specifically, the controller 4 subtracts the detection value (detection stack supply flow rate) of the second airflow sensor 42 from the detection value (detection compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 based on the above-described equation (3). The larger of the calculated value and zero is calculated as the correction value.
  • step S33 the controller 4 directly uses the previous correction value as the current correction value.
  • step S34 the controller 4 calculates a value obtained by subtracting the correction value from the detection value (detected compressor supply flow rate) of the first air flow sensor 41 as the corrected detection compressor supply flow rate.
  • step S35 the controller 4 determines whether or not the corrected detection compressor supply flow rate is smaller than a predetermined diagnosis threshold value.
  • the diagnostic threshold value is set to a value at which the hydrogen concentration in the exhaust gas is higher than the predetermined concentration or the combustible concentration when the compressor supply flow rate falls below the diagnostic threshold value.
  • the diagnosis threshold for example, the basic dilution request compressor supply flow rate can be used.
  • the controller 4 performs the process of step S36 if the correction detection compressor supply flow rate is less than the diagnosis threshold, and performs the process of step S37 if it is equal to or greater than the diagnosis threshold.
  • step S36 the controller 4 sets the diluted air shortage diagnosis time Tdiag as the sum of the previous value of the dilution air shortage diagnosis time Tdiag and the calculation cycle Tsmp.
  • step S37 the controller 4 returns the diluted air shortage diagnosis time Tdiag to zero.
  • step S38 if the diluted air shortage diagnosis time Tdiag is larger than the third predetermined time, the controller 4 performs the process of step S39, and otherwise ends the current process.
  • step S39 the controller 4 determines that sufficient cathode gas for satisfying the dilution request cannot be supplied (insufficient dilution air amount), and fully shuts off the shut-off valve 311 and the purge valve 34 as fail-safe.
  • the fuel cell system 100 does not supply a part of the cathode gas discharged from the cathode compressor 24 provided in the cathode gas supply passage 21 to the fuel cell stack 1 via the bypass passage 28.
  • a cathode gas bypass type cathode gas supply system that can be bypassed.
  • the fuel cell system 100 detects the flow rate of the cathode gas supplied by the cathode compressor 24 by the first air flow sensor 41 provided in the cathode gas supply passage 21 upstream of the connection portion with the bypass passage 28. Further, the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 is detected by a second air flow sensor 42 provided in the cathode gas supply passage 21 downstream of the connection portion with the bypass passage 28. Further, the flow rate of the cathode gas flowing through the bypass passage 28 is adjusted by a bypass valve 29 provided in the bypass passage 28.
  • the controller 4 controls the opening and closing of the bypass valve 29 according to the operating state of the fuel cell system 100, and the first air flow sensor 41 when the bypass valve 29 is fully closed. And based on the detection value of the 2nd airflow sensor 42, it decided to detect the mismatch of these sensors 41 and 42.
  • FIG. 1 the controller 4 controls the opening and closing of the bypass valve 29 according to the operating state of the fuel cell system 100, and the first air flow sensor 41 when the bypass valve 29 is fully closed. And based on the detection value of the 2nd airflow sensor 42, it decided to detect the mismatch of these sensors 41 and 42.
  • the detection values of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42 are substantially the same when the bypass valve 29 is fully closed, the detection of these sensors 41 and 42 as in the present embodiment. Abnormality of these sensors 41 and 42 can be detected by matching the values.
  • the controller 4 of the fuel cell system 100 exceeds the first predetermined time for the time that the bypass valve 29 is opened, the bypass valve 29 is forcibly closed and the first air flow is performed.
  • the inconsistency diagnosis between the sensor 41 and the second airflow sensor 42 can be performed.
  • the frequency of performing the inconsistency diagnosis of the first air flow sensor 41 and the second air flow sensor 42 can be secured, and the reliability of the fuel cell system 100 can be secured.
  • controller 4 of the fuel cell system 100 controls the cathode compressor 24 so as to satisfy the stack request and the dilution request at the same time. At this time, the cathode compressor 24 is controlled in consideration of the result of the inconsistency diagnosis.
  • the controller 4 sets the larger one of the stack request compressor supply flow rate and the dilution request compressor supply flow rate as the target compressor supply flow rate, and sets the target compressor supply flow rate and the detected value of the first air flow sensor 41 (detected compressor supply flow rate).
  • the cathode compressor 24 is controlled based on the flow rate).
  • the controller 4 is based on the deviation of the detection values of both the sensors 41 and 42. Increase the supply flow rate of the compressor that requires dilution.
  • the increased amount (deviation) is added as a correction value. Since the compressor supply flow rate is set, if the cathode compressor 24 is feedback-controlled so that the detected compressor supply flow rate becomes the dilution request compressor supply flow rate, the dilution request can be satisfied.
  • the cathode compressor 24 may be feedback controlled so that the detected compressor supply flow rate becomes the dilution request compressor supply flow rate. For example, since the compressor supply flow rate is always larger than the compressor supply flow rate required for dilution (the basic dilution request compressor supply flow rate), the dilution request can be satisfied.
  • the cathode compressor 24 When the cathode compressor 24 is controlled on the assumption that the second airflow sensor 42 indicates a correct value when the detection values of the first airflow sensor 41 and the second airflow sensor 42 are inconsistent, for example, the following measures may be taken in addition to correcting the dilution request compressor supply flow rate, that is, the target value of the compressor supply flow rate as described above.
  • the controller 4 replaces the detection value of the first air flow sensor 41 with the detection value of the second air flow sensor 42.
  • the compressor may be controlled based on the (detection stack supply flow rate) and the target compressor supply flow rate.
  • the control may become unstable at the time of switching. Accordingly, by correcting the target value of the compressor supply flow rate as in the present embodiment, even if inconsistency occurs in the detection values of both sensors 41 and 42, the control becomes unstable. The dilution requirement can be satisfied.
  • the bypass valve 29 when the time during which the bypass valve 29 is opened exceeds the first predetermined time, the bypass valve 29 is forcibly closed to ensure the frequency of inconsistency diagnosis.
  • bypass valve 29 if the bypass valve 29 is forcibly closed, the cathode gas exceeding the stack requirement is supplied to the fuel cell stack 1. If it does so, an electrolyte membrane will dry and there exists a possibility that the electric power generation efficiency of the fuel cell stack 1 may fall.
  • the target impedance calculated based on the target output current of the fuel cell stack 1 is set. Correction was made so that the wetness of the electrolyte membrane was made higher than usual.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the details of the wetness control request stack supply flow rate calculation unit 102 according to the present embodiment.
  • step S41 the controller 4 calculates a target impedance based on the target output current of the fuel cell stack 1.
  • step S42 the controller 4 determines whether or not the bypass valve opening time Top is equal to or longer than a predetermined correction start time.
  • the correction start time is set to a time shorter than the first predetermined time, and is determined in advance by experiments or the like in consideration of the transient response of the change in the wetness of the electrolyte membrane.
  • the controller 4 performs the process of step S43 if the bypass valve opening time Top is equal to or longer than the correction start time, and performs the process of step S46 if it is less than the correction start time.
  • step S43 the controller 4 calculates a wetness correction value based on the current bypass valve opening.
  • the wetness correction value is larger when the bypass valve opening is larger than when the bypass valve opening is small.
  • the wetness correction value may be calculated based on the current bypass flow rate (detected compressor supply flow rate ⁇ detected stack supply flow rate). Also in this case, the wetness correction value is larger when the bypass flow rate is large than when the bypass flow rate is small.
  • step S44 the controller 4 calculates a target impedance obtained by subtracting the wetness correction value from the target impedance. This is because the lower the target impedance, the higher the wetness of the electrolyte membrane.
  • step S45 based on the deviation between the impedance and the corrected target impedance, the controller 4 calculates the target value of the stack supply flow rate for setting the impedance to the corrected target impedance as the wetness control required stack supply flow rate.
  • step S46 the controller 4 determines whether or not the bypass valve 29 is being forcibly closed.
  • the controller 4 performs the process of step S45 if the bypass valve 29 is being forcibly closed, and otherwise performs the process of step S47.
  • step S47 based on the deviation between the impedance and the target impedance, the controller 4 calculates the target value of the stack supply flow rate for setting the impedance to the target impedance as the wetness control required stack supply flow rate.
  • the controller 4 of the fuel cell system 100 calculates the target impedance (target wetness of the electrolyte membrane) of the fuel cell stack 1 based on the target output current (load) of the fuel cell stack 1. Then, when the time during which the bypass valve 29 is opened is equal to or longer than the correction start time (second predetermined period) shorter than the first predetermined time, the controller 4 sets the target so that the wetness of the electrolyte membrane increases. Correct the impedance.
  • the electrolyte membrane can be maintained in an optimal wet state. Therefore, a decrease in power generation efficiency of the fuel cell stack 1 can be suppressed.
  • the bypass valve 29 As described above, if the bypass valve 29 is forcibly closed, the cathode gas exceeding the stack requirement is supplied to the fuel cell stack 1, so the pressure on the cathode side in the fuel cell stack 1 temporarily. Will increase.
  • the electrolyte membrane receives pressure from the anode side and the cathode side in the fuel cell stack 1. Therefore, if the pressure difference between the anode side and the cathode side through the electrolyte membrane (hereinafter referred to as “transmembrane differential pressure”) increases or suddenly changes, unexpected stress is applied to the electrolyte membrane, and the fuel cell is It causes deterioration.
  • the opening degree of the cathode pressure regulating valve 27 is determined based on the bypass valve opening degree or the bypass flow rate before the bypass valve 29 is fully closed. It may be larger than the opening before fully closing.
  • the demand for the fuel cell stack 1 is exemplified by the oxygen partial pressure ensuring request and the wetness control request, but is not limited thereto.
  • an upper limit value of the stack supply flow rate based on the pressure protection protection requirement of the fuel cell stack 1 may be input to the target stack supply flow rate setting unit 103.
  • the dilution request is illustrated as a request of the fuel cell system 100, but is not limited thereto.
  • a lower limit value of the compressor supply flow rate for preventing occurrence of a surge in the cathode compressor 24 may be input to the target compressor supply flow rate setting unit 108.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　カソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備える燃料電池システムであって、コンプレッサが供給するカソードガスの流量を検出する第１流量センサと、燃料電池に供給されるカソードガスの流量を検出する第２流量センサと、バイパス通路を流れるカソードガスの流量を調節するバイパス弁と、燃料電池システムの運転状態に応じて、バイパス弁を開閉制御するバイパス弁制御手段と、バイパス弁が全閉のときの、第１流量センサ及び第２流量センサの検出値に基づいて、両センサの検出値の不整合を検知する不整合診断手段と、を備える。

Description

燃料電池システム
　本発明は燃料電池システムに関する。
　従来の燃料電池システムとして、コンプレッサから吐出された発電に不要な余剰のカソードガスの一部を、バイパス通路に設けたバイパス弁の開度を制御することで燃料電池をバイパスさせてカソードガス排出通路に排出するカソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備えるものがある（ＪＰ２００９－１２３５５０Ａ参照）。
　現在開発中のカソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備える燃料電池システムでは、燃料電池の要求から定まるカソードガスの目標流量と、燃料電池システムの要求から定まるカソードガスの下限流量と、の大きい方をコンプレッサの目標供給流量として設定している。そして、コンプレッサの供給流量を検出するセンサの検出値が目標供給流量となるようにコンプレッサを制御している。
　ここで、下限流量がコンプレッサの目標供給流量として設定されたときは、燃料電池が要求する目標流量以上のカソードガスがコンプレッサから供給されることになる。そこで、燃料電池にとって不要な余剰のカソードガスをバイパス通路に流すために、燃料電池側に別途に設けたセンサで燃料電池に供給されるカソードガスの供給流量を検出し、このセンサの検出値が目標流量となるように、バイパス弁の開度を制御している。
　そのため、これらのセンサに万一異常が生じると、上記のコンプレッサ及びバイパス弁の制御を目標通りに実施できなくなるので、これらのセンサの検出値の整合を図って異常を検知する必要がある。
　しかしながら、コンプレッサの供給流量を検出するセンサ、及び、燃料電池に供給されるカソードガスの供給流量を検出するセンサは、それぞれバイパス前のコンプレッサ側の通路とバイパス後の燃料電池側の通路に備えられているため、バイパス弁が開いた状態ではこれらのセンサの検出値が異なるものになる。そのため、バイパス弁が開いた状態では整合を図ることができず、異常を検知することができないという問題点があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、カソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備える燃料電池システムにおいて、コンプレッサの供給流量を検出するセンサ、及び、燃料電池に供給されるカソードガスの供給流量を検出するセンサの整合をとって異常を検知することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、カソードガス供給通路に設けられたコンプレッサから吐出されるカソードガスの一部を、バイパス通路を介して燃料電池をバイパスさせるカソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備える燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、バイパス通路との接続部よりも上流のカソードガス供給通路に設けられ、コンプレッサが供給するカソードガスの流量を検出する第１流量センサと、バイパス通路との接続部よりも下流のカソードガス供給通路に設けられ、燃料電池に供給されるカソードガスの流量を検出する第２流量センサと、バイパス通路に設けられ、バイパス通路を流れるカソードガスの流量を調節するバイパス弁と、を備える。そして、燃料電池システムは、運転状態に応じてバイパス弁を開閉制御し、バイパス弁が全閉のときの第１流量センサ及び第２流量センサの検出値に基づいて、両センサの検出値の不整合を検知する。
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略図である。 図２は、本発明の第１実施形態によるカソードコンプレッサ及びバイパス弁の制御ブロック図である。 図３は、目標バイパス弁開度算出部の詳細について説明するフローチャートである。 図４は、バイパス弁全閉判定処理の内容について説明するフローチャートである。 図５は、希釈要求コンプレッサ供給流量算出部の詳細について説明するフローチャートである。 図６は、フェールセーフ制御について説明するフローチャートである。 図７は、本実施形態による湿潤度制御要求スタック供給流量算出部の詳細について説明するフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　燃料電池セルは電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
　　　アノード電極　：　　２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-         　　…(１)
　　　カソード電極　：　　４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ     …(２)
　この（１）（２）の電極反応によって燃料電池セルは１ボルト程度の起電力を生じる。
　燃料電池セルを自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
　図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１００の概略図である。
　燃料電池システム１００は、燃料電池としての燃料電池スタック１と、カソードガス給排装置２と、アノードガス給排装置３と、コントローラ４と、を備える。
　燃料電池スタック１は、数百枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、車両の駆動に必要な電力を発電する。
　カソードガス給排装置２は、燃料電池スタック１にカソードガス（空気）を供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスを外気に排出する。カソードガス給排装置２は、カソードガス供給通路２１と、カソードガス排出通路２２と、フィルタ２３と、コンプレッサとしてのカソードコンプレッサ２４と、インタークーラ２５と、水分回収装置（Water Recovery Device；以下「ＷＲＤ」という。）２６と、カソード調圧弁２７と、バイパス通路２８と、バイパス弁２９と、第１流量センサとしての第１エアフローセンサ４１と、第２流量センサとしての第２エアフローセンサ４２と、カソード圧力センサ４３と、温度センサ４４と、を備える。
　カソードガス供給通路２１は、燃料電池スタック１に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路２１は、一端がフィルタ２３に接続され、他端が燃料電池スタック１のカソードガス入口孔に接続される。
　カソードガス排出通路２２は、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路２２は、一端が燃料電池スタック１のカソードガス出口孔に接続され、他端が開口端となっている。カソードオフガスは、電極反応で使用されなかった酸素やカソードガス中に含まれる窒素、そして電極反応によって生じた水蒸気等の混合ガスである。
　フィルタ２３は、カソードガス供給通路２１に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。
　カソードコンプレッサ２４は、カソードガス供給通路２１に設けられる。カソードコンプレッサ２４は、フィルタ２３を介してカソードガスとしての空気をカソードガス供給通路２１に取り込み、燃料電池スタック１に供給する。
　インタークーラ２５は、カソードコンプレッサ２４よりも下流のカソードガス供給通路２１に設けられる。インタークーラ２５は、カソードコンプレッサ２４から吐出されたカソードガスを冷却する。
　ＷＲＤ２６は、カソードガス供給通路２１及びカソードガス排出通路２２のそれぞれに接続されて、カソードガス排出通路２２を流れるカソードオフガス中の水分を回収し、その回収した水分でカソードガス供給通路２１を流れるカソードガスを加湿する。
　カソード調圧弁２７は、ＷＲＤ２６よりも下流のカソードガス排出通路２２に設けられる。カソード調圧弁２７は、コントローラ４によって開閉制御されて、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの圧力を所望の圧力に調節する。なお、カソード調圧弁２７を設けずに、オリフィス等の絞りを設けるようにしても良い。
　バイパス通路２８は、カソードコンプレッサ２４から吐出されたカソードガスの一部を、必要に応じて燃料電池スタック１を経由させずに直接カソードガス排出通路２２に排出することができるように設けられた通路である。バイパス通路２８は、一端がカソードコンプレッサ２４とインタークーラ２５との間のカソードガス供給通路２１に接続され、他端がカソード調圧弁２７よりも下流のカソードガス排出通路２２に接続される。
　バイパス弁２９は、バイパス通路２８に設けられる。バイパス弁２９は、コントローラ４によって開閉制御されて、バイパス通路２８を流れるカソードガスの流量（以下「バイパス流量」という。）を調節する。
　第１エアフローセンサ４１は、カソードコンプレッサ２４よりも上流のカソードガス供給通路２１に設けられる。第１エアフローセンサ４１は、カソードコンプレッサ２４に供給されるカソードガスの流量（以下「コンプレッサ供給流量」という。）を検出する。以下では、この第１エアフローセンサ４１の検出値を「検出コンプレッサ供給流量」という。
　第２エアフローセンサ４２は、バイパス通路２８との接続部より下流のカソードガス供給通路２１に設けられる。第２エアフローセンサ４２は、カソードコンプレッサ２４から吐出されたカソードガスのうち、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの流量（以下「スタック供給流量」という。）を検出する。スタック供給流量は、コンプレッサ供給流量からバイパス流量を引いた流量である。以下では、この第２エアフローセンサ４２の検出値を「検出スタック供給流量」という。
　カソード圧力センサ４３は、ＷＲＤ２６のカソードガス入口側近傍のカソードガス供給通路２１に設けられる。カソード圧力センサ４３は、ＷＲＤ２６のカソードガス入口側近傍のカソードガスの圧力を検出する。以下では、このカソード圧力センサ４３の検出値を「検出カソード圧力」という。
　温度センサ４４は、インタークーラ２５とＷＲＤ２６との間のカソードガス供給通路２１に設けられる。温度センサ４４は、ＷＲＤ２６のカソードガス入口側の温度（以下「ＷＲＤ入口温度」という。）を検出する。
　アノードガス給排装置３は、燃料電池スタック１にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスを、カソードガス排出通路２２に排出する。アノードガス給排装置３は、高圧タンク３１と、アノードガス供給通路３２と、アノード調圧弁３３と、アノードガス排出通路３４と、パージ弁３５と、アノード圧力センサ４５と、を備える。
　高圧タンク３１は、燃料電池スタック１に供給するアノードガス（水素）を高圧状態に保って貯蔵する。高圧タンク３１の供給口には、システム停止時等にアノードガスの供給を停止するための遮断弁３１１が設けられる。
　アノードガス供給通路３２は、高圧タンク３１から排出されるアノードガスを燃料電池スタック１に供給するための通路である。アノードガス供給通路３２は、一端が高圧タンク３１の供給口に接続され、他端が燃料電池スタック１のアノードガス入口孔に接続される。
　アノード調圧弁３３は、アノードガス供給通路３２に設けられる。アノード調圧弁３４は、コントローラ４によって開閉制御されて、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する。
　アノードガス排出通路３４は、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスが流れる通路である。アノードガス排出通路３４は、一端が燃料電池スタック１のアノードガス出口孔に接続され、他端がカソードガス排出通路２２に接続される。
　アノードガス排出通路３４を介してカソードガス排出通路２２に排出されたアノードオフガスは、カソードガス排出通路２２内でカソードオフガスと混合されて燃料電池システム１００の外部に排出される。アノードオフガスには、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガスが含まれているので、カソードオフガスと混合させて燃料電池システム１００の外部に排出することで、その排出ガス中の水素濃度が予め定められた所定濃度以下となるようにしている。所定濃度は、水素の可燃濃度となる４％以下の値に設定される。
　パージ弁３５は、アノードガス排出通路３４に設けられる。パージ弁３５は、コントローラ４によって開閉制御され、アノードガス排出通路３４からカソードガス排出通路２２に排出するアノードオフガスの流量を調節する。
　アノード圧力センサ４５は、アノード調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２に設けられ、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力（以下「アノード圧力」という。）を検出する。以下では、このアノード圧力センサ４５の検出値を「検出アノード圧力」という。
　コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。本実施の形態において、コントローラ４は、パイパス弁制御手段、不整合診断手段、コンプレッサ制御手段、目標カソードガス流量算出手段、下限流量算出手段、目標湿潤度算出手段、及び目標湿潤度補正手段として機能する。
　コントローラ４には、前述した第１エアフローセンサ４１等の他にも、燃料電池スタック１から取り出される電流（出力電流）を検出する電流センサ４６や、燃料電池スタック１の出力電圧を検出する電圧センサ４７、アクセルペダルの踏込み量（以下「アクセル操作量」という。）を検出するアクセルストロークセンサ４８、図示しないバッテリの充電量を検出するＳＯＣセンサ４９などの各種センサからの信号が入力される。
　コントローラ４は、車両駆動用の走行モータ（図示せず）の要求電力やカソードコンプレッサ２４等の補機の要求電力、バッテリ（図示せず）の充放電要求に基づいて目標出力電力を算出する。そして、目標出力電力に基づいて、予め定められた燃料電池スタック１のＩＶ特性から目標出力電流を算出する。
　またコントローラ４は、スタック要求及び希釈要求を同時に満足するように、カソードコンプレッサ２２及びバイパス弁２９をフィードバック制御する。ここでいうスタック要求は、目標出力電力を発電するにあたって、酸素分圧の確保や電解質膜の湿潤状態等を考慮し、最適な状態で燃料電池スタック１を発電させるという要求である。希釈要求は、燃料電池システム１００の外部に排出される排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下にするという要求である。
　つまりコントローラ４は、スタック要求を満足させるために必要なコンプレッサ供給流量（以下「スタック要求コンプレッサ供給流量」という。）、及び、希釈要求を満足させるために必要なコンプレッサ供給流量（以下「希釈要求コンプレッサ供給流量」という。）のうち、大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定し、検出コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御する。
　そして、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されたときは、スタック要求コンプレッサ供給流量以上のカソードガスをカソードコンプレッサ２４によって供給しなければならなくなる。そのため、発電に不要な余剰なカソードガスが燃料電池スタック１に供給されることになる。
　そこでコントローラ４は、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されたときは、発電に不要な余剰なカソードガスがバイパス通路２８へ流れるようにバイパス弁２９を制御する。具体的には、コントローラ４は、検出スタック供給流量が、スタック要求を満足させるために必要なスタック供給流量（以下「目標スタック供給流量」という。）となるようにバイパス弁２９を制御する。
　このように、本実施形態では、カソードコンプレッサ２４の制御に第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）を使用し、バイパス弁２９の制御に第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）を使用している。
　したがって、これらのセンサ４１，４２に万一異常が生じると、カソードコンプレッサ２４及びバイパス弁２９の制御を目標通りに実施できなくなる。特に第１エアフローセンサ４１の検出値が正常時よりも高い値を示すような異常が生じたときは、コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量よりも少なくなってしまう。そのため、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されていた場合は、希釈要求を十分に満足できなくなるおそれがある。したがって、カソードガス供給通路２１に設けられたこれら２つのセンサ４１，４２の検出値の不整合を検知する不整合診断を実施したい。
　しかしながら、第１エアフローセンサ４１は、バイパス通路２８との接続部よりも上流のカソードガス供給通路２１に設けられ、第２エアフローセンサ４２は、バイパス通路２８との接続部よりも下流のカソードガス供給通路２１に設けられている。そのため、バイパス弁２９が開いた状態では、これら２つのセンサ４１，４２の検出値が異なる値となるので、これらのセンサ４１，４２の検出値の整合をとることができず、不整合診断を実施することができない。
　そこで本実施形態では、バイパス弁２９が閉じられた状態のときにこれらのセンサ４１，４２の検出値の整合をとって不整合診断を実施すると共に、必要に応じてバイパス弁２９を強制的に閉じて不整合診断を実施する。そして、これら２つのセンサ４１，４２に不整合が生じていた場合でも希釈要求が守れるように燃料電池システム１００を制御する。以下、この不整合診断を含む燃料電池システム１００の制御について説明する。
　図２は、本実施形態によるカソードコンプレッサ２４及びバイパス弁２９の制御ブロック図である。
　酸素分圧確保要求スタック供給流量算出部１０１には、目標出力電流が入力される。酸素分圧確保要求スタック供給流量算出部１０１は、目標出力電流に基づいて、酸素分圧確保要求スタック供給流量を算出する。この酸素分圧確保要求スタック供給流量は、燃料電池スタック１から目標出力電流を取り出したときに、各燃料電池のカソード電極内において電極反応に必要な酸素分圧を確保するために必要なスタック供給流量の目標値である。酸素分圧確保要求スタック供給流量は、目標出力電流が小さいときと比べて、大きいときのほうが多くなる。
　湿潤度制御要求スタック供給流量算出部１０２には、例えば交流インピーダンス法によって算出された燃料電池スタック１のインピーダンス（ＨＦＲ）と、燃料電池スタック１の目標出力電流に応じて算出される目標インピーダンスと、が入力される。燃料電池スタック１のインピーダンスは、電解質膜の湿潤度と相関関係にあり、インピーダンスが小さいときほど電解質膜の湿潤度（含水率）が高い状態となる。湿潤度制御要求スタック供給流量算出部１０２は、インピーダンスと目標インピーダンスとの偏差に基づいて、インピーダンスを目標インピーダンスにするためのスタック供給流量の目標値を、湿潤度制御要求スタック供給流量として算出する。この湿潤度制御要求スタック供給流量は、換言すれば、電解質膜の湿潤度（含水率）を、燃料電池スタック１の目標出力電流に応じた最適な湿潤度に制御するために必要なスタック供給流量である。
　目標スタック供給流量設定部１０３には、酸素分圧確保要求スタック供給流量と、湿潤度制御要求スタック供給流量と、が入力される。目標スタック供給流量設定部１０３は、これらの２つのうち、大きい方を目標スタック供給流量として設定する。
　目標バイパス弁開度算出部１０４には、検出スタック供給流量と、目標スタック供給流量と、が入力される。目標バイパス弁開度算出部１０４は、これらの入力値に基づいて、目標バイパス弁開度を算出する。目標バイパス弁開度算出部１０４の詳細については、図３及び図４のフローチャートを参照して後述する。
　バイパス弁制御部１０５には、目標バイパス弁開度が入力される。バイパス弁制御部１０５は、バイパス弁２９の開度を目標バイパス弁開度に制御する。
　スタック要求コンプレッサ供給流量算出部１０６には、検出スタック供給流量及び目標スタック供給流量が入力される。スタック要求コンプレッサ供給流量算出部１０６は、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量との偏差に基づいて、検出スタック供給流量を目標スタック供給流量にするためのコンプレッサ供給流量の目標値を、スタック要求コンプレッサ供給流量として算出する。このスタック要求コンプレッサ供給流量は、酸素分圧確保要求や湿潤度制御要求などの燃料電池スタック１の要求を満たすために必要なコンプレッサ供給流量である。
　希釈要求コンプレッサ供給流量算出部１０７には、目標出力電流、検出コンプレッサ供給流量及び検出スタック供給流量が入力される。希釈要求コンプレッサ供給流量算出部１０７は、これらの入力値に基づいて、希釈要求コンプレッサ供給流量を算出する。この希釈要求コンプレッサ供給流量は、燃料電池スタック１の要求ではなく、排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下にするという燃料電池システム１００の要求を満たすために必要なコンプレッサ供給流量である。希釈要求コンプレッサ供給流量算出部１０７の詳細については、図５のフローチャートを参照して後述する。
　目標コンプレッサ供給流量設定部１０８には、スタック要求コンプレッサ供給流量と、希釈要求コンプレッサ供給流量と、が入力される。目標コンプレッサ供給流量設定部１０８は、これら２つの入力値のうち、大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定する。
　カソードコンプレッサ制御部１０９には、コンプレッサ供給流量と、目標コンプレッサ供給流量と、が入力される。カソードコンプレッサ制御部１０９は、コンプレッサ供給流量と目標コンプレッサ供給流量との偏差に基づいてカソードコンプレッサ２４に対するトルク指令値を算出し、このトルク指令値に応じてカソードコンプレッサ２４を制御する。
　図３は、目標バイパス弁開度算出部１０４の詳細について説明するフローチャートである。
　ステップＳ１において、コントローラ４は、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量との偏差に基づいて、検出スタック供給流量を目標スタック供給流量にするためのバイパス弁２９の開度を、制御目標バイパス弁開度として算出する。
　なお、目標コンプレッサ供給流量算出部１０８において、スタック要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として算出されているときは、バイパス弁２９が全閉の状態で検出スタック供給流量と目標スタック供給流量が一致するので、制御目標バイパス弁開度はゼロ（全閉）となる。
　一方で、目標コンプレッサ供給流量算出部１０８において、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として算出されているときは、スタック要求コンプレッサ供給流量よりも多いカソードガスをカソードコンプレッサ２４によって供給する必要がある。そのため、バイパス弁２９が全閉の状態では検出スタック供給流量と目標スタック供給流量が一致しなくなり、制御目標バイパス弁開度はゼロよりも大きい値となる。これにより、バイパス弁２９が開かれて、燃料電池スタック１にとって不要な流量分（＝希釈要求コンプレッサ供給流量－スタック要求コンプレッサ供給流量）がバイパス通路２８に流されることになる。
　このように、制御目標バイパス弁開度は、検出スタック供給流量と目標スタック供給流量との偏差に応じてゼロから全開値までの全ての値を取り得る。
　ステップＳ２において、コントローラ４は、バイパス弁２９が開かれている状態が第１所定時間継続されたか否かを判定する。具体的には、コントローラ４は、バイパス弁開弁時間Ｔｏｐが第１所定時間よりも大きくなったか否かを判定する。コントローラ４は、バイパス弁開弁時間Ｔｏｐが第１所定時間よりも大きければステップＳ３の処理を行い、第１所定時間以下であればステップＳ４の処理を行う。
　ステップＳ３において、コントローラ４は、バイパス弁２９を強制的に全閉にして、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値の整合をとるために、目標バイパス弁開度をゼロ（全閉）とする。
　ステップＳ４において、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値の整合をとる必要がまだないと判断して、目標バイパス弁開度を制御目標バイパス弁開度とする。
　ステップＳ５において、コントローラ４は、バイパス弁全閉判定処理を実施する。バイパス弁全閉判定処理は、バイパス弁２９の制御遅れを考慮し、バイパス弁２９が完全に全閉状態になっているかを判定するための処理である。バイパス弁全閉判定処理の詳細については、図４のフローチャートを参照して後述する。
　ステップＳ６において、コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓがＯＮに設定されているか否かを判定する。バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓは、バイパス弁２９が完全に全閉状態になっていると判定されたときにＯＮに設定されるフラグである。コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓがＯＮに設定されていればステップＳ７の処理を行い、ＯＦＦに設定されていればステップＳ８の処理を行う。
　ステップＳ７において、コントローラ４は、バイパス弁開弁時間Ｔｏｐをゼロにする。
　ステップＳ８において、コントローラ４は、バイパス弁開弁時間Ｔｏｐの前回値に、コントローラ４の演算周期Ｔｓｍｐを足したものをバイパス弁開弁時間Ｔｏｐとする。
　図４は、バイパス弁全閉判定処理の内容について説明するフローチャートである。
　ステップＳ５１において、コントローラ４は、目標バイパス弁開度がゼロか否かを判定する。コントローラ４は、目標バイパス弁開度がゼロであればステップＳ５２の処理を行い、そうでなければステップＳ５６の処理を行う。
　ステップＳ５２において、コントローラ４は、バイパス弁閉弁時間Ｔｃｌｓが第２所定時間より大きいか否かを判定する。第２所定時間は、バイパス弁２９の応答遅れを考慮して設定される所定値である。コントローラ４は、バイパス弁閉弁時間Ｔｃｌｓが第２所定時間よりも大きければステップＳ５３の処理を行い、第２所定時間以下であればステップＳ５４の処理を行う。
　ステップＳ５３において、コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓをＯＮに設定する。このように、目標バイパス弁開度がゼロに設定されてから第２所定時間経過した後に、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓをＯＮにすることで、バイパス弁２９が完全に全閉状態になる前に不整合診断が実施されるのを防止している。
　ステップＳ５４において、コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓをＯＦＦに設定する。
　ステップＳ５５において、コントローラ４は、バイパス弁閉弁時間Ｔｃｌｓの前回値に演算周期Ｔｓｍｐを足したものをバイパス弁閉弁時間Ｔｃｌｓとする。
　ステップＳ５６において、コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓをＯＦＦに設定する。
　ステップＳ５７において、コントローラ４は、バイパス弁閉弁時間Ｔｃｌｓをゼロに戻す。
　図５は、希釈要求コンプレッサ供給流量算出部１０７の詳細について説明するフローチャートである。
　ステップＳ１１において、コントローラ４は、目標出力電流に基づいて、基本希釈要求コンプレッサ供給流量を算出する。基本希釈要求コンプレッサ供給流量は、燃料電池システム１００の外部に排出される排出ガスの水素濃度を、所定濃度以下にするために必要なコンプレッサ供給流量である。本実施形態では、目標出力電流が小さいときと比べて、大きいときのほうが基本希釈要求コンプレッサ供給流量を多くしているが、目標出力電流にかかわらず一定値としても構わない。
　ステップＳ１２において、コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓを読み込み、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓがＯＮであればステップＳ１３の処理を行い、ＯＦＦであればステップＳ１７の処理を行う。
　ステップＳ１３において、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値の不整合診断を実施する。具体的には、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２のそれぞれの検出値から所定誤差を引いた真値の偏差の絶対値が、予め想定される真値の偏差の最大値（以下「想定最大値」という。）よりも大きくなったか否かを判定する。コントローラ４は、真値の偏差の絶対値が想定最大値よりも大きければステップＳ１４の処理を行い、想定最大値以下であればステップＳ１６の処理を行う。
　ステップＳ１４において、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値に想定以上の不整合が生じているとして警告灯の表示を行う。
　ステップＳ１５において、コントローラ４は、基本希釈要求コンプレッサ供給流量の補正値を算出する。具体的には、コントローラ４は、以下の（３）式に示すように、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）から第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）を引いた値と、ゼロと、の大きい方を補正値として算出する。
　補正値＝ＭＡＸ（（検出コンプレッサ供給流量－検出スタック供給流量），０）…（３）
　ステップＳ１６において、コントローラ４は、補正値をゼロに戻す。
　ステップＳ１７において、コントローラ４は、補正値の前回値をそのまま今回の補正値とする。
　ステップＳ１８において、コントローラ４は、基本希釈要求コンプレッサ供給流量に補正値を足して、希釈要求コンプレッサ供給流量を算出する。
　以下、このように基本希釈要求コンプレッサ供給流量に補正値を足したものを希釈要求コンプレッサ供給流量としている理由について説明する。
　バイパス弁２９を全閉にしているにもかかわらず、検出スタック供給流量が検出スタック供給流量よりも大きい値を示したときは、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２のいずれかのセンサに異常が生じている可能性がある。
　このとき、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）の方が正しい値であると仮定して、例えば基本希釈要求コンプレッサ供給流量を目標コンプレッサ供給流量に設定し、検出コンプレッサ供給流量が基本希釈要求コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御すると、以下のような問題が生じる。
　すなわち、第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）の方が正しい値であった場合には、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）は実際よりも高い値を示していることになる。そうすると、検出コンプレッサ供給流量が基本希釈要求コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサを制御してしまうと、実際のコンプレッサ供給流量が基本希釈要求コンプレッサ供給流量よりも少なくなってしまい、希釈要求を十分に満足できなくなる。
　そこで本実施形態では、第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）の方が正しい値であると仮定して、検出コンプレッサ供給流量が検出スタック供給流量よりも大きい値を示しているときは、その偏差分を補正値として基本希釈要求コンプレッサ供給流量に上乗せしたものを希釈要求コンプレッサ供給流量としたのである。
　これにより、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）が実際よりも高い値を示していたとしても、高くなっている分が補正値として上乗せされたものが希釈要求コンプレッサ供給流量となっているので、検出コンプレッサ供給流量が希釈要求コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御すれば、希釈要求を満足させることができる。
　また、仮に第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）の方が正しい値であったとしても、検出コンプレッサ供給流量が希釈要求コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御しておけば、コンプレッサ供給流量は必ず基本希釈要求コンプレッサ供給流量よりも多くなるので、希釈要求を満足させることができる。
　次に、図６を参照して上記の制御と並行して行われているフェールセーフ制御について説明する。このフェール制御は、希釈空気が不足しているか否かを診断し、不足していると診断した場合には、アノードガスの供給を停止する制御である。
　図６は、フェールセーフ制御について説明するフローチャートである。
　ステップＳ３１において、コントローラ４は、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓを読み込み、バイパス弁全閉フラグＦｃｌｓがＯＮであればステップＳ３２の処理を行い、ＯＦＦであればステップＳ３３の処理を行う。
　ステップＳ３２において、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）の補正値を算出する。具体的には、コントローラ４は、前述した（３）式に基づいて、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）から第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）を引いた値と、ゼロと、の大きい方を補正値として算出する。
　ステップＳ３３において、コントローラ４は、補正値の前回値をそのまま今回の補正値とする。
　ステップＳ３４において、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）から補正値を引いた値を、補正検出コンプレッサ供給流量として算出する。
　ステップＳ３５において、コントローラ４は、補正検出コンプレッサ供給流量が所定の診断閾値よりも小さいか否かを判定する。診断閾値は、コンプレッサ供給流量がこの診断閾値を下回ると、排出ガス中の水素濃度が所定濃度又は可燃濃度よりも高くなる値に設定される。診断閾値としては、例えば基本希釈要求コンプレッサ供給流量を用いることができる。コントローラ４は、補正検出コンプレッサ供給流量が診断閾値未満であればステップＳ３６の処理を行い、診断閾値以上であればステップＳ３７の処理を行う。
　ステップＳ３６において、コントローラ４は、希釈空気不足診断時間Ｔｄｉａｇの前回値に演算周期Ｔｓｍｐを足したものを希釈空気不足診断時間Ｔｄｉａｇとする。
　ステップＳ３７において、コントローラ４は、希釈空気不足診断時間Ｔｄｉａｇをゼロに戻す。
　ステップＳ３８において、コントローラ４は、希釈空気不足診断時間Ｔｄｉａｇが第３所定時間よりも大きければステップＳ３９の処理を行い、そうでなければ今回の処理を終了する。
　ステップＳ３９において、コントローラ４は、希釈要求を満足するための十分なカソードガスが供給できてない（希釈空気量不足）と判断し、フェールセーフとして遮断弁３１１及びパージ弁３４を全閉にする。
　以上説明した本実施形態による燃料電池システム１００は、カソードガス供給通路２１に設けられたカソードコンプレッサ２４から吐出されるカソードガスの一部を燃料電池スタック１に供給せずに、バイパス通路２８を介してバイパスさせることができるカソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備える。
　この燃料電池システム１００は、バイパス通路２８との接続部よりも上流のカソードガス供給通路２１に設けられた第１エアフローセンサ４１によって、カソードコンプレッサ２４が供給するカソードガスの流量を検出する。また、バイパス通路２８との接続部よりも下流のカソードガス供給通路２１に設けられた第２エアフローセンサ４２によって、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの流量を検出する。さらに、バイパス通路２８に設けられたバイパス弁２９によって、バイパス通路２８を流れるカソードガスの流量を調節する。
　そして、このように構成された燃料電池システム１００において、コントローラ４は、燃料電池システム１００の運転状態に応じてバイパス弁２９を開閉制御し、バイパス弁２９が全閉のときの第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値に基づいて、これらのセンサ４１，４２の不整合を検知することとした。
　この構成によれば、バイパス弁２９が全閉のときには第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値がそれぞれ略同一となるので、本実施形態のようにこれらのセンサ４１，４２の検出値の整合をとることで、これらのセンサ４１，４２の異常を検知することができる。
　また、本実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ４により、バイパス弁２９が開かれている時間が第１所定時間を越えたときは、強制的にバイパス弁２９を全閉にして、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の不整合診断が実施できるようにした。
　これにより、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の不整合診断の実施頻度を確保して、燃料電池システム１００の信頼性を確保することができる。
　また、本実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ４は、スタック要求及び希釈要求を同時に満足するようにカソードコンプレッサ２４を制御する。このとき、さらに不整合診断の結果に考慮して、カソードコンプレッサ２４を制御する。
　具体的には、コントローラ４は、スタック要求コンプレッサ供給流量と希釈要求コンプレッサ供給流量との大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定し、目標コンプレッサ供給流量と第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）とに基づいてカソードコンプレッサ２４を制御する。そして、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１の検出値が第２エアフローセンサ４２の検出値よりも大きくなる不整合が生じていたときは、両センサ４１，４２の検出値の偏差に基づいて、希釈要求コンプレッサ供給流量を増大補正する。
　これにより、第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）が実際
よりも高い値を示していたとしても、高くなっている分（偏差分）が補正値として上乗せされたものが希釈要求コンプレッサ供給流量となっているので、検出コンプレッサ供給流量が希釈要求コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御すれば、希釈要求を満足させることができる。
　また、仮に第１エアフローセンサ４１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）が正しい値を示していたとしても、検出コンプレッサ供給流量が希釈要求コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御しておけば、コンプレッサ供給流量は必ず希釈に必要なコンプレッサ供給流量（基本希釈要求コンプレッサ供給流量）よりも多くなるので、希釈要求を満足させることができる。
　なお、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値に不整合が生じているときに、第２エアフローセンサ４２が正しい値を示していると仮定してカソードコンプレッサ２４を制御する場合、上記のように希釈要求コンプレッサ供給流量、つまり、コンプレッサ供給流量の目標値に対して補正を施す以外にも、例えば以下のような措置を取っても良い。
　すなわち、コントローラ４は、第１エアフローセンサ４１及び第２エアフローセンサ４２の検出値に不整合が生じているときは、第１エアフローセンサ４１の検出値に換えて、第２エアフローセンサ４２の検出値（検出スタック供給流量）と目標コンプレッサ供給流量とに基づいて前記コンプレッサを制御しても良い。
　しかしながら、カソードコンプレッサ２４の制御に使用しているセンサを制御中に切り替えると、その切り替え時に制御が不安定となるおそれがある。したがって、本実施形態のようにコンプレッサ供給流量の目標値に対して補正を施すことで、両センサ４１，４２の検出値に不整合が生じた場合であっても、制御を不安定にすることなく希釈要求を満足させることができる。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、強制的にバイパス弁２９を全閉にする前に、予め電解質膜の湿潤度を高くする点で第１実施形態を相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
　第１実施形態では、バイパス弁２９が開かれている時間が第１所定時間を越えたときは、強制的にバイパス弁２９を全閉にして、不整合診断の頻度を確保していた。
　しかしながら、バイパス弁２９が開かれているときは、燃料電池スタック１にとって不要な流量分（＝希釈要求コンプレッサ供給流量－スタック要求コンプレッサ供給流量）をバイパス通路２８に流している状態である。すなわち、スタック要求以上のカソードガスをカソードコンプレッサ２４が供給している状態である。
　そのため、強制的にバイパス弁２９を閉じてしまうと、燃料電池スタック１にスタック要求以上のカソードガスが供給されることになる。そうすると、電解質膜が乾燥してしまい、燃料電池スタック１の発電効率が低下するおそれがある。
　そこで本実施形態では、バイパス弁２９が開かれている時間が第１所定時間よりも短い補正開始時間以上になったときは、燃料電池スタック１の目標出力電流に基づいて算出される目標インピーダンスを補正し、予め電解質膜の湿潤度を通常時よりも高くなるようにすることとした。
　図７は、本実施形態による湿潤度制御要求スタック供給流量算出部１０２の詳細について説明するフローチャートである。
　ステップＳ４１において、コントローラ４は、燃料電池スタック１の目標出力電流に基づいて、目標インピーダンスを算出する。
　ステップＳ４２において、コントローラ４は、バイパス弁開弁時間Ｔｏｐが所定の補正開始時間以上になったか否かを判定する。補正開始時間は、第１所定時間よりも短い時間に設定され、電解質膜の湿潤度変化の過渡応答性を考慮して予め実験等で定められる。コントローラ４は、バイパス弁開弁時間Ｔｏｐが補正開始時間以上であればステップＳ４３の処理を行い、補正開始時間未満であればステップＳ４６の処理を行う。
　ステップＳ４３において、コントローラ４は、現在のバイパス弁開度に基づいて、湿潤度補正値を算出する。湿潤度補正値は、バイパス弁開度が小さいときと比べて、大きいときのほうが大きくなる。なお、現在のバイパス流量（検出コンプレッサ供給流量－検出スタック供給流量）に基づいて、湿潤度補正値を算出しても良い。この場合も、湿潤度補正値は、バイパス流量が小さいときと比べて、大きいときのほうが大きくなる。
　ステップＳ４４において、コントローラ４は、目標インピーダンスから湿潤度補正値を引いたものを補正目標インピーダンスとして算出する。これは、目標インピーダンスを小さくするほど、電解質膜の湿潤度が高くなるためである。
　ステップＳ４５において、コントローラ４は、インピーダンスと補正目標インピーダンスとの偏差に基づいて、インピーダンスを補正目標インピーダンスにするためのスタック供給流量の目標値を、湿潤度制御要求スタック供給流量として算出する。
　ステップＳ４６において、コントローラ４は、バイパス弁２９の強制閉弁中か否かを判定する。コントローラ４は、バイパス弁２９の強制閉弁中であればステップＳ４５の処理を行い、そうでなければステップＳ４７の処理を行う。
　ステップＳ４７において、コントローラ４は、インピーダンスと目標インピーダンスとの偏差に基づいて、インピーダンスを目標インピーダンスにするためのスタック供給流量の目標値を、湿潤度制御要求スタック供給流量として算出する。
　以上説明した本実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ４は、燃料電池スタック１の目標出力電流（負荷）に基づいて、燃料電池スタック１の目標インピーダンス（電解質膜の目標湿潤度）を算出する。そして、コントローラ４は、バイパス弁２９が開かれている時間が第１所定時間よりも短い補正開始時間（第２所定期間）以上になったときは、電解質膜の湿潤度が増大するように目標インピーダンスを補正する。
　これにより、不整合診断のために強制的にバイパス弁２９を閉じた場合でも、電解質膜を最適な湿潤状態に維持することができる。よって、燃料電池スタック１の発電効率の低下を抑制することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　前述したように、強制的にバイパス弁２９を閉じてしまうと、燃料電池スタック１にスタック要求以上のカソードガスが供給されることになるので、一時的に燃料電池スタック１内におけるカソード側の圧力が増加する。電解質膜は、燃料電池スタック１内においてアノード側及びカソード側からそれぞれ圧力を受けている。そのため、電解質膜を介したアノード側とカソード側との圧力差（以下「膜間差圧」という。）が大きくなったり、急変したりすると、電解質膜に想定外の応力が加わり、燃料電池を劣化させる原因となる。
　したがって、例えば強制的にバイパス弁２９を全閉にするときは、バイパス弁２９を全閉にする前のバイパス弁開度又はバイパス流量に基づいて、カソード調圧弁２７の開度を、バイパス弁２９を全閉にする前の開度よりも大きくしても良い。これにより、燃料電池スタック１内におけるカソード側の圧力変動を抑制できるので、電解質膜に想定外の応力が加わることによる燃料電池の劣化を抑制することができる。
　また上記の各実施形態において、燃料電池スタック１の要求として、酸素分圧確保要求や湿潤度制御要求を例示したが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池スタック１の耐圧保護の要求に基づくスタック供給流量の上限値を、目標スタック供給流量設定部１０３に入力しても良い。
　また、燃料電池システム１００の要求として、希釈要求を例示したがこれに限られるものではない。例えば、コンプレッサ保護要求として、カソードコンプレッサ２４でサージが発生するのを防止するためのコンプレッサ供給流量の下限値を、目標コンプレッサ供給流量設定部１０８に入力しても良い。
　本願は２０１３年１０月８日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－２１１３１９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (7)

  1. 　カソードガス供給通路に設けられたコンプレッサから吐出されるカソードガスの一部を、バイパス通路を介して燃料電池をバイパスさせるカソードガスバイパス式のカソードガス供給系を備える燃料電池システムであって、
    　前記バイパス通路との接続部よりも上流の前記カソードガス供給通路に設けられ、前記コンプレッサが供給するカソードガスの流量を検出する第１流量センサと、
    　前記バイパス通路との接続部よりも下流の前記カソードガス供給通路に設けられ、前記燃料電池に供給されるカソードガスの流量を検出する第２流量センサと、
    　前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を流れるカソードガスの流量を調節するバイパス弁と、
    　前記燃料電池システムの運転状態に応じて、前記バイパス弁を開閉制御するバイパス弁制御手段と、
    　前記バイパス弁が全閉のときの、前記第１流量センサ及び前記第２流量センサの検出値に基づいて、両センサの検出値の不整合を検知する不整合診断手段と、
    を備える燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の要求及び前記燃料電池システムの要求を同時に満足するように、前記コンプレッサを制御するコンプレッサ制御手段を備え、
    　前記コンプレッサ制御手段は、
    　　さらに不整合診断手段の診断結果を考慮して、前記コンプレッサを制御する、
    燃料電池システム。
  3. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の要求に基づいて、前記燃料電池に供給すべき目標カソードガス流量を算出する目標カソードガス流量算出手段と、
    　前記燃料電池システムの要求に基づいて、前記コンプレッサが供給するカソードガスの下限流量を算出する下限流量算出手段と、
    を備え、
    　前記コンプレッサ制御手段は、
    　　前記目標カソードガス流量と前記下限流量との大きい方を前記コンプレッサの目標供給流量として設定し、その目標供給流量と前記第１流量センサの検出値とに基づいて前記コンプレッサを制御し、
    　　前記第１流量センサの検出値が前記第２流量センサの検出値よりも大きくなる不整合が生じたときは、前記両センサの検出値の偏差に基づいて、前記下限流量を増大補正する、
    燃料電池システム。
  4. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の要求に基づいて、前記燃料電池に供給すべき目標カソードガス流量を算出する目標カソードガス流量算出手段と、
    　前記燃料電池システムの要求に基づいて、前記コンプレッサが供給するカソードガスの下限流量を算出する下限流量算出手段と、
    を備え、
    　前記コンプレッサ制御手段は、
    　　前記目標カソードガス流量と前記下限流量との大きい方を前記コンプレッサの目標供給流量として設定し、その目標供給流量と前記第１流量センサの検出値とに基づいて前記コンプレッサを制御し、
    　　前記第１流量センサの検出値が前記第２流量センサの検出値よりも大きくなる不整合が生じたときは、前記第１流量センサの検出値に換えて、前記第２流量センサの検出値と前記目標供給流量とに基づいて前記コンプレッサを制御する、
    燃料電池システム。
  5. 　請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、
    　前記不整合診断手段は、
    　　前記バイパス弁が開かれている時間が第１所定時間を越えたときは、強制的に前記バイパス弁を全閉にして、前記両センサの検出値の不整合を検知する、
    燃料電池システム。
  6. 　請求項５に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池の負荷に基づいて、前記燃料電池の電解質膜の目標湿潤度を算出する目標湿潤度算出手段と、
    　前記バイパス弁が開かれている時間が前記第１所定時間よりも短い第２所定時間以上になったときは、前記目標湿潤度を増大補正する目標湿潤度補正手段と、
    を備える燃料電池システム。
  7. 　請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池に供給するカソードガスの圧力を制御する調圧弁を備え、
    　強制的に前記バイパス弁を全閉にするときは、前記バイパス弁を全閉にする前の前記バイパス弁開度、又は、前記バイパス通路を流れるカソードガスの流量に基づいて、前記調圧弁の開度を、前記バイパス弁を全閉にする前の開度よりも大きくする、
    燃料電池システム。
PCT/JP2014/076328 2013-10-08 2014-10-01 燃料電池システム WO2015053156A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2926906A CA2926906C (en) 2013-10-08 2014-10-01 Fuel cell system
JP2015541543A JP6137329B2 (ja) 2013-10-08 2014-10-01 燃料電池システム
CN201480055285.7A CN105612646B (zh) 2013-10-08 2014-10-01 燃料电池系统
EP14853084.3A EP3057167B1 (en) 2013-10-08 2014-10-01 Fuel cell system
US15/027,403 US9847538B2 (en) 2013-10-08 2014-10-01 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013211319 2013-10-08
JP2013-211319 2013-10-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015053156A1 true WO2015053156A1 (ja) 2015-04-16

Family

ID=52812972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/076328 WO2015053156A1 (ja) 2013-10-08 2014-10-01 燃料電池システム

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9847538B2 (ja)
EP (1) EP3057167B1 (ja)
JP (1) JP6137329B2 (ja)
CN (1) CN105612646B (ja)
CA (1) CA2926906C (ja)
WO (1) WO2015053156A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10186721B2 (en) * 2016-07-22 2019-01-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6330832B2 (ja) * 2016-03-04 2018-05-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
JP6447838B2 (ja) * 2016-11-21 2019-01-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP6758607B2 (ja) * 2017-03-15 2020-09-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
CN108177539B (zh) * 2017-12-28 2020-10-30 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统及控制方法
CN113782789B (zh) * 2021-08-31 2022-03-18 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统阳极压力保护方法
CN116387553B (zh) * 2023-06-05 2024-02-20 南昌大学 一种sofc系统温度控制装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007095434A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009123550A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2013003429A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Ikaria, Inc. End-tidal gas monitoring apparatus
WO2013129552A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3702751B2 (ja) * 2000-05-30 2005-10-05 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2008016399A (ja) * 2006-07-10 2008-01-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5023743B2 (ja) * 2007-03-09 2012-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
TWI382583B (zh) * 2008-12-03 2013-01-11 Univ Yuan Ze Diagnosis system for internal state of fuel cell
JP2010251149A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の空気供給装置
JP2011159538A (ja) * 2010-02-02 2011-08-18 Toyota Motor Corp 燃料電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007095434A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2009123550A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2013003429A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Ikaria, Inc. End-tidal gas monitoring apparatus
WO2013129552A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3057167A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10186721B2 (en) * 2016-07-22 2019-01-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
CA2926906A1 (en) 2015-04-16
EP3057167A1 (en) 2016-08-17
EP3057167A4 (en) 2016-10-12
JP6137329B2 (ja) 2017-05-31
CA2926906C (en) 2019-03-05
JPWO2015053156A1 (ja) 2017-03-09
EP3057167B1 (en) 2018-07-11
CN105612646B (zh) 2018-01-09
CN105612646A (zh) 2016-05-25
US9847538B2 (en) 2017-12-19
US20160254555A1 (en) 2016-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6137329B2 (ja) 燃料電池システム
JP6065117B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US10581096B2 (en) Fuel cell system
JP5858139B2 (ja) 燃料電池システム
US9843057B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
WO2007117015A1 (ja) 燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法
WO2014148151A1 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP5229528B2 (ja) 燃料電池システム
WO2013105590A1 (ja) 燃料電池システム
US10181606B2 (en) Fuel cell system and method of controlling fuel cell system
WO2014103547A1 (ja) 燃料電池システム
JP6090451B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP6287010B2 (ja) 燃料電池システム
WO2016013320A1 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの圧力損失推定方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14853084

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015541543

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15027403

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2926906

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014853084

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014853084

Country of ref document: EP