JP2006107998A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】 燃料電池の起動前に、パージ弁の開故障を診断することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 制御部20は、燃料電池スタック2へ水素供給を開始する前に、パージ弁14へ閉指令を出力し、水素循環ポンプ11を運転する。パージ弁14の気密性が正常であれば、圧力センサ12が検出するパージ弁14の上流圧力が低下し、制御部20は、圧力センサ12の検出値に基づいて、パージ弁14の開故障を判定する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of diagnosing an open failure of a purge valve before starting a fuel cell.
A control unit 20 outputs a close command to a purge valve 14 and starts a hydrogen circulation pump 11 before starting supply of hydrogen to a fuel cell stack 2. If the airtightness of the purge valve 14 is normal, the upstream pressure of the purge valve 14 detected by the pressure sensor 12 decreases, and the control unit 20 detects an open failure of the purge valve 14 based on the detected value of the pressure sensor 12. judge.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料ガスを系外へ排出する排出ガス流路開閉手段(パージ弁)の開故障を検出する技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a technique for detecting an open failure of an exhaust gas flow path opening / closing means (purge valve) for discharging fuel gas out of the system.
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。 In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.
通常、燃料電池スタックへの燃料ガスの供給は、燃料電池スタックの隅々まで燃料ガスが行き渡るように、出力電流を燃料ガスの質量流量に換算した流量より過剰の流量を供給し、燃料極から排出された余剰の燃料ガスは、燃料循環経路により再び燃料極入口へ還流させている。 Normally, the fuel gas is supplied to the fuel cell stack by supplying an excess flow rate from the flow rate obtained by converting the output current into the mass flow rate of the fuel gas so that the fuel gas spreads to every corner of the fuel cell stack. Excess fuel gas discharged is recirculated to the fuel electrode inlet through the fuel circulation path.
燃料ガスの循環駆動方式としては、新規水素ガスを駆動流とする流体ポンプであるエゼクタや水素ポンプなどを利用する。そして、水素再循環を長時間続けていると、水素循環系内に、酸化剤極からクロスオーバしてくる窒素などの濃度が高まり、発電効率が低下する。また、水素循環路内に水分が溜まって燃料電池スタックのアノード配管系内の水素の流れを悪くすることがある。そのため、循環系を持つ燃料電池システムの多くが、排出ガス流路開閉手段(以下パージ弁とも言う)を開くことによって、窒素などの混入した水素や水のパージを行ない、循環系の水素濃度を所定以上に保つといった動作を行っている。そしてパージされる水素は、希釈器で一定濃度以下に希釈して排出するか、もしくは、触媒による反応を利用した触媒燃焼器を用いて、燃焼水蒸気に変換するなど前処理し排出するといった方法が考えられている。これらの排出ガス処理装置に対し、パージ弁の機能の診断を行う方策により、より排出水素の処理を適切に行うことが望まれる。 As a fuel gas circulation drive system, an ejector or a hydrogen pump which is a fluid pump using a new hydrogen gas as a driving flow is used. If the hydrogen recirculation is continued for a long time, the concentration of nitrogen or the like that crosses over from the oxidizer electrode in the hydrogen circulation system increases, and the power generation efficiency decreases. In addition, water may accumulate in the hydrogen circulation path, which may deteriorate the flow of hydrogen in the anode piping system of the fuel cell stack. For this reason, many fuel cell systems having a circulation system purge the hydrogen and water mixed with nitrogen and the like by opening the exhaust gas passage opening / closing means (hereinafter also referred to as a purge valve), thereby reducing the hydrogen concentration in the circulation system. The operation of keeping it above a predetermined value is performed. The purged hydrogen is diluted with a diluter to a certain concentration or less or discharged, or converted into combustion steam using a catalytic combustor utilizing a reaction by a catalyst and discharged. It is considered. It is desired that these exhaust gas treatment apparatuses perform treatment of exhaust hydrogen more appropriately by measures for diagnosing the function of the purge valve.
従来のパージ弁の故障診断技術としては、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。この技術によれば、燃料電池の燃料極の入口に圧力を測定する手段と、燃料電池の発電電流を測定する手段を設け、燃料電池システムが発電状態である状態に対して、上記電流測定手段から測定された発電電流から算出される想定水素圧力と上記圧力測定手段によって計測される圧力との差分をとり、この差分と設定値との大小関係によりパージ弁の故障診断を行っている。
しかし、上記従来技術におけるパージ弁の故障診断方法は、燃料電池に水素が供給された発電状態でのみ診断が可能であり、燃料電池起動時や発電停止中などの特殊なモードにおいてパージ弁の開故障の判断を行うことが困難であった。特に、燃料電池を電源とした燃料電池車両などにおいては、走行前にパージ弁の診断ができることが望ましい。 However, the purge valve failure diagnosis method in the prior art described above can be diagnosed only in a power generation state in which hydrogen is supplied to the fuel cell, and the purge valve is opened in a special mode such as when the fuel cell is started or when power generation is stopped. It was difficult to determine the failure. In particular, in a fuel cell vehicle using a fuel cell as a power source, it is desirable that a purge valve can be diagnosed before traveling.
上記問題点を解決するため、本発明は、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成され、該酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、該燃料極側に水素を主成分とする燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池の燃料極から排出された燃料ガスの少なくとも一部を前記燃料電池に再度供給する燃料ガス循環手段と、前記燃料電池の燃料極から排出された燃料ガスを燃料極出口もしくは前記燃料ガス循環流路から系外へ排出する燃料ガス排出流路と、前記燃料ガス排出流路を開閉する排出ガス流路開閉手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記排出ガス流路開閉手段に対する開閉指令状態の検知手段と、燃料ガス排出流路内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検知された排出ガス流路の開閉指令状態が閉指令時に、前記燃料ガス循環手段の動作状態において前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて、前記排出ガス流路開閉手段の開故障状態の判定を行う開故障状態判定手段と、を備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the present invention is configured by sandwiching an electrolyte membrane between an oxidant electrode and a fuel electrode, an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and hydrogen is supplied to the fuel electrode side. A fuel cell that is supplied with a fuel gas as a main component to generate power; a fuel gas circulation means that re-supplys at least part of the fuel gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell to the fuel cell; and A fuel gas discharge passage for discharging the fuel gas discharged from the fuel electrode from the fuel electrode outlet or the fuel gas circulation passage to the outside of the system, and an exhaust gas passage opening / closing means for opening and closing the fuel gas discharge passage. An open / close command state detection means for the exhaust gas flow path opening / closing means, a pressure detection means for detecting a pressure in the fuel gas discharge flow path, and the detected exhaust gas flow path open / close command State closed An open failure state determination means for determining an open failure state of the exhaust gas flow path opening / closing means based on a pressure detected by the pressure detection means in an operating state of the fuel gas circulation means at the time of command This is the gist.
本発明によれば、燃料電池システムの起動前、すなわち燃料電池に燃料ガスを供給する前の状態で、排出ガス流路の開閉指令状態を閉指令状態とし、燃料ガス循環手段を動作させる。パージ弁が正常状態、すなわち所定の気密性を確保できていれば、燃料ガスの循環に起因して生じる燃料ガス循環手段の入出口間の圧力差によりパージ弁の上流が減圧される一方で、パージ弁が開故障状態、すなわち所定の気密性を確保できていない場合、所定時間経過後においてはパージ弁上流圧は大気圧相当の圧力となるため、正常状態におけるパージ弁上流圧と、開故障状態におけるパージ弁上流圧との大小関係により、パージ弁の開故障を検知することができる。 According to the present invention, before starting the fuel cell system, that is, before supplying fuel gas to the fuel cell, the exhaust gas flow path opening / closing command state is set to the close command state, and the fuel gas circulation means is operated. If the purge valve is in a normal state, that is, if a predetermined airtightness is secured, the pressure upstream of the purge valve is reduced due to the pressure difference between the inlet and outlet of the fuel gas circulation means caused by the fuel gas circulation, When the purge valve is in an open failure state, that is, when the predetermined airtightness cannot be ensured, the purge valve upstream pressure becomes a pressure equivalent to the atmospheric pressure after the predetermined time has elapsed. The open failure of the purge valve can be detected based on the magnitude relationship with the upstream pressure of the purge valve in the state.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、特に限定されないが以下に説明する各実施例は、燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although not particularly limited, each embodiment described below is a fuel cell system suitable for a fuel cell vehicle.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の構成を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池システム1に備えられる燃料電池スタック2は、固体高分子電解質膜を燃料極3と酸化剤極4とにより挟んで構成された燃料電池構造体が、セパレータを介して複数積層されてなるスタック構造となっている。また、この燃料電池スタック2の内部には、酸化剤ガス流路4c、燃料ガス流路3c、及び図示しない冷却水流路が設けられている。
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating the configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. In the figure, the fuel cell stack 2 provided in the fuel cell system 1 includes a plurality of fuel cell structures each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a
そして、燃料電池スタック2は、酸化剤極4に酸化剤ガスとしての空気が供給されると共に、燃料極3に燃料ガスとしての水素ガスが供給される。これにより、燃料電池スタック2の燃料極3では、水素が水素イオンと電子とに電離し、水素イオンは電解質膜中を酸化剤極4へ移動し、電子は、外部回路を通って燃料極3から酸化剤極4へ至る。酸化剤極4では、燃料極3から移動してきた水素イオンと、外部回路を通った電子と、酸化剤ガス中の酸素とが反応して水が生成される。
In the fuel cell stack 2, air as an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode 4, and hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the
この燃料電池システム1は、各部の動作を制御する制御部20が備えられている。制御部20としては、例えば、各種半導体素子などによって構成されたコンピュータ等の情報処理装置が用いられており、この制御部20によって各部が制御されることにより、燃料電池システム全体としての動作が制御される。
The fuel cell system 1 includes a
また、燃料電池システム1は、燃料極3に供給する水素ガスを蓄積する水素タンク5、レギュレータ6、水素供給調整弁8が水素供給流路7上に配設され、また燃料ガス循環手段として水素循環ポンプ11が水素循環流路10上に配設され、水素循環流路10内から酸化剤ガス流路へ循環路内の燃料ガスを排出する手段として水素排出流路13及びパージ弁14設置されている。
In the fuel cell system 1, a
また燃料極入口3aの圧力検出手段として圧力センサ9、パージ弁14の水素循環流路10側の圧力検出手段として圧力センサ12がそれぞれ設置されており、これらの圧力センサは、検出した圧力をセンサ信号として制御部20に出力する。その結果、圧力センサ9により検出された燃料ガス圧力は、制御部20により燃料電池スタック2内の燃料ガス圧力として認識され、圧力センサ12により検出された燃料ガス圧力は、パージ弁入口圧力として認識される。
Further, a
尚、水素供給調整弁8及びパージ弁14は、それぞれ弁開度を調整するアクチュエータを内蔵し、制御部20からの制御信号にしたがって、それぞれの弁開度が制御されるものとする。
The hydrogen supply adjusting valve 8 and the purge valve 14 each include an actuator for adjusting the valve opening, and the valve opening is controlled according to a control signal from the
また、水素循環ポンプ11は、回転数を制御するインバータを内蔵し、制御部20からの回転数制御信号にしたがってその回転数を調整するものとする。
Further, the hydrogen circulation pump 11 incorporates an inverter for controlling the rotational speed, and adjusts the rotational speed in accordance with the rotational speed control signal from the
図2は、本実施例におけるパージ弁開故障診断処理を説明するフローチャートである。尚、このフローチャートは、燃料電池システムの起動前の状態、すなわち水素供給調整弁8を開け、燃料電池スタック2内の燃料ガス流路3cに燃料ガスを供給する前段階において、制御部20により実行されるものである。また、パージ弁の開故障状態を示すフラグは、このフローチャートの開始以前に、リセットされた初期状態にあるものとする。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the purge valve opening failure diagnosis process in the present embodiment. This flowchart is executed by the
まずステップS10において、制御部20からパージ弁14に閉指令を送信する。その後、パージ弁14が動作完了するのに十分な時間が経過したあとで、ステップS2に示すように水素循環ポンプ11を動作させ、ある一定回転数で駆動させる。この動作後のステップS3、すなわち、水素循環ポンプ11の回転数及びパージ弁14の循環路側の圧力センサ12によって検知される値が十分に安定した状態においては、水素循環流路10内の燃料ガス流量と水素循環ポンプの入口と出口の圧力差は、図3に示す圧力−流量特性図上において、水素循環ポンプの性能を示す曲線群aと水素循環流路10の圧損特性を示す曲線bとの交点の値をとる。したがって、水素循環ポンプ11の上流と下流との間でポンプ回転数に応じた圧力差が生じる。
First, in step S <b> 10, a closing command is transmitted from the
この際、パージ弁14の気密性が十分に確保されていれば、燃料電池スタック2内の燃料ガス流路3c及び水素循環流路10は外部に対して閉鎖された空間となる。そのため、水素循環ポンプ11の動作によって発生した圧力差により、水素循環ポンプ11の下流側(ポンプ出口側)の燃料ガス圧力は、水素循環ポンプ11の動作前に対して高い圧力となり、また一方で、水素循環ポンプ11の上流側(ポンプ入口側)の燃料ガス圧力は水素循環ポンプ11の動作前に対して低い圧力となる。
At this time, if the airtightness of the purge valve 14 is sufficiently secured, the fuel
その一方で、パージ弁14を閉じたときに、パージ弁14の気密性が十分に確保されていない場合、水素循環ポンプ11の上流側は、外部の定圧源、すなわち大気に対して連通された空間となる。そのため、水素循環ポンプ11の動作によって発生した圧力差により、水素循環ポンプ11の下流側の燃料ガス圧力は、水素循環ポンプ11の動作前に対して高い圧力となるものの、一方で水素循環ポンプの上流側の燃料ガス圧力は水素循環ポンプ11の動作前とほぼ同等の値となる。 On the other hand, when the purge valve 14 is closed and the airtightness of the purge valve 14 is not sufficiently ensured, the upstream side of the hydrogen circulation pump 11 is communicated with an external constant pressure source, that is, the atmosphere. It becomes space. Therefore, the fuel gas pressure on the downstream side of the hydrogen circulation pump 11 is higher than that before the operation of the hydrogen circulation pump 11 due to the pressure difference generated by the operation of the hydrogen circulation pump 11. The fuel gas pressure on the upstream side is almost the same value as before the operation of the hydrogen circulation pump 11.
図1に示す燃料電池システムにおいては、前記した2つのパージ弁状態による水素循環ポンプ下流側の燃料ガス圧力の差異を、図1に示す圧力センサ12によって検知することが可能である。 In the fuel cell system shown in FIG. 1, the difference in the fuel gas pressure on the downstream side of the hydrogen circulation pump due to the two purge valve states described above can be detected by the pressure sensor 12 shown in FIG.
したがって、図2におけるステップS13において、圧力センサ12の検出値RPを制御部20に読み込めば、この検出値RPは、パージ弁14の作動状態を反映した値となっている。
Therefore, if the detection value RP of the pressure sensor 12 is read into the
次いで、ステップS14において、パージ弁14が正常状態で想定されるパージ弁の循環路側の圧力(TP)とステップS3の状態で圧力センサ12によって測定された実圧力(RP)との差(RP−TP)が、所定値(DP)未満であるか否かを判定する。ここで、TPは、パージ弁14の機能が正常な実機において測定した値の平均値を用い、またDPは、パージ弁の密閉性能が正常か否かを判定する判別値であり、これも実機を用いた測定から設定する。 Next, in step S14, the difference (RP−) between the pressure (TP) on the circulation path side of the purge valve assumed in the normal state of the purge valve 14 and the actual pressure (RP) measured by the pressure sensor 12 in the state of step S3. It is determined whether or not (TP) is less than a predetermined value (DP). Here, TP uses an average value of values measured in a real machine having a normal function of the purge valve 14, and DP is a discriminating value for judging whether or not the sealing performance of the purge valve is normal. Set from measurement using.
ステップS14の判定において、(RP−TP)が(DP)未満であれば、正常と判断して、ステップS18へ進む。ステップS14の判定で、(RP−TP)が所定値(DP)以上であった場合、パージ弁14が開故障状態であると判断し、ステップS16へ進んで、パージ弁開故障フラグをセット(ON)し、ステップS18へ進む。 If (RP-TP) is less than (DP) in the determination in step S14, it is determined as normal and the process proceeds to step S18. If it is determined in step S14 that (RP-TP) is equal to or greater than the predetermined value (DP), it is determined that the purge valve 14 is in an open failure state, the process proceeds to step S16, and the purge valve open failure flag is set ( ON), and the process proceeds to step S18.
ステップS18では、水素循環ポンプ11を停止させ、パージ弁開故障診断を終了する。 In step S18, the hydrogen circulation pump 11 is stopped and the purge valve open failure diagnosis is completed.
尚、ステップS16でセットされたパージ弁開故障フラグは、燃料電池始動前の一連の故障診断が終了したとき、制御部20により燃料電池システムの起動前故障診断を全て終了したときに、燃料電池システムが正常か否かを判定するために参照され、またこの判定結果をユーザーに表示するために使用される。
Note that the purge valve open failure flag set in step S16 indicates that the fuel cell is not used when the series of failure diagnosis before starting the fuel cell is completed, or when all the failure diagnosis before starting the fuel cell system is completed by the
以上説明した本実施例によれば、燃料電池システムの起動前、すなわち燃料電池に燃料ガスを供給する前の状態で、排出ガス流路の開閉指令状態を閉指令状態(パージ弁閉指令)とし、燃料ガス循環手段(水素循環ポンプ)を動作させる。パージ弁が正常状態、すなわち所定の気密性を確保できていれば、燃料ガスの循環に起因して生じる燃料ガス循環手段の入出口間の圧力差によりパージ弁の上流が減圧される一方で、パージ弁が開故障状態、すなわち所定の気密性を確保できていない場合、所定時間経過後においてはパージ弁上流圧は大気圧相当の圧力となるため、正常状態におけるパージ弁上流圧と、開故障状態におけるパージ弁上流圧との大小関係により、パージ弁の開故障を検知することができるという効果がある。 According to the embodiment described above, the open / close command state of the exhaust gas flow path is set to the close command state (purge valve close command) before the fuel cell system is started, that is, before the fuel gas is supplied to the fuel cell. Then, the fuel gas circulation means (hydrogen circulation pump) is operated. If the purge valve is in a normal state, that is, if a predetermined airtightness is secured, the pressure upstream of the purge valve is reduced due to the pressure difference between the inlet and outlet of the fuel gas circulation means caused by the fuel gas circulation, When the purge valve is in an open failure state, that is, when the predetermined airtightness cannot be ensured, the purge valve upstream pressure becomes a pressure equivalent to the atmospheric pressure after the predetermined time has elapsed. There is an effect that the open failure of the purge valve can be detected by the magnitude relationship with the purge valve upstream pressure in the state.
次に、図4、図5を参照して、本発明に係る燃料電池システムの実施例2を説明する。図4は、実施例2の燃料電池システムの構成を説明するシステム構成図である。図4に示す燃料電池システム1は、図1に示す燃料電池システムに加え、水素循環流路10の燃料電池スタック2の燃料極出口3bに接続する点から水素排出流路13と分岐する点までの間に、可変式の循環流路遮断弁17を設けている。循環流路遮断弁17は、燃料ガス循環流路10内に循環される燃料ガスを遮断すべく設置されている。尚、循環流路遮断弁17は、制御部20からの開度指令値にしたがって開度を制御するアクチュエータを内蔵している。
Next, Embodiment 2 of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a system configuration diagram illustrating the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment. In addition to the fuel cell system shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 shown in FIG. 4 extends from a point connecting to the
図5は、実施例2におけるパージ弁開故障診断処理を説明するフローチャートである。実施例1との相違点は、実施例1のステップS10に相当するステップS20にて、制御部20からパージ弁14に閉指令を送信するのみならず、循環流路遮断弁17にも閉または中間開度指令を送信する点である。その結果、ステップS24においては、水素循環流路10内の燃料ガス流量と水素循環ポンプの入口と出口の圧力差は、図3に示す圧力−流量特性図上において、水素循環流路10の圧損特性が実施例1で示した曲線bからb´に変化する。その結果、水素循環ポンプ11の上流と下流との間で所定の圧力差を大きくとることが可能となり、実施例1に比べ、圧力による検知性を上げることが可能となり、図5の処理フロー内のステップS20で循環流路遮断弁17に全閉指令を与えた場合、最も検知性を上げることが可能となる。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the purge valve opening failure diagnosis process in the second embodiment. The difference from the first embodiment is that in step S20 corresponding to step S10 of the first embodiment, not only the
以上説明した本実施例によれば、燃料電池システムの起動前、すなわち燃料ガスを供給する前の状態で、排出ガス流路の開閉指令状態が閉指令状態(パージ弁閉指令)とし、燃料ガス循環流路開閉手段(循環流路遮断弁)を全閉または中間開度にした状態で、燃料ガス循環手段(水素循環ポンプ)を動作させる。パージ弁が正常状態において、燃料ガスの循環に起因して生じる燃料ガス循環手段の入出口間の圧力差を大きくすることが可能であるため、実施例1に対して正常状態におけるパージ弁上流圧と、開故障状態におけるパージ弁上流圧との差異を大きくすることが可能であるため、圧力検出手段によるパージ弁の開故障の検知性を向上することができるという効果がある。 According to the present embodiment described above, before the fuel cell system is started, that is, before the fuel gas is supplied, the open / close command state of the exhaust gas passage is the close command state (purge valve close command), and the fuel gas The fuel gas circulation means (hydrogen circulation pump) is operated with the circulation flow path opening / closing means (circulation flow path cutoff valve) fully closed or at an intermediate opening. Since the pressure difference between the inlet and outlet of the fuel gas circulation means caused by the circulation of the fuel gas can be increased when the purge valve is in the normal state, the upstream pressure of the purge valve in the normal state with respect to the first embodiment. Since it is possible to increase the difference between the upstream pressure of the purge valve in the open failure state and the pressure detection means, it is possible to improve the detectability of the open failure of the purge valve by the pressure detection means.
次に、図6を参照して、本発明に係る燃料電池システムの実施例3を説明する。図6に示す燃料電池システム1は、図4に示した燃料電池システムに加え、循環流路遮断弁17に並列にオリフィス18が追加されている。
Next, a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition to the fuel cell system shown in FIG. 4, the fuel cell system 1 shown in FIG. 6 has an
このオリフィス18の追加により、図5に示した実施例2と同様の処理フローを経ることで、パージ弁14の開故障を診断することが可能である。但し、ステップS20において、循環流路遮断弁17に与える指令は、全閉指令である。本実施例においては、循環流路遮断弁17を全閉したとき、これに並列に配置されたオリフィス18により水素循環流路10の圧損が定まる。
By adding the
実施例2では循環流路遮断弁17に与える開度指令と実開度との相違がある可能性があり、パージ弁14が開故障していない場合でも(RP)と(TP)の差異が変化してしまう可能性があるのに対し、本実施例では、固定した圧損を生じるオリフィスを使用することで実施例2に対して誤診断を起こしにくいと同時に、実施例2同様の検知性を持つ、すなわち実施例1にくらべて検知性を上げることが可能である。 In the second embodiment, there is a possibility that there is a difference between the opening command given to the circulation flow path shut-off valve 17 and the actual opening, and even when the purge valve 14 is not open, there is a difference between (RP) and (TP). On the other hand, in this embodiment, the use of an orifice that generates a fixed pressure loss makes it difficult to make a misdiagnosis with respect to the second embodiment, and at the same time, provides the same detectability as the second embodiment. In other words, the detectability can be improved as compared with the first embodiment.
以上説明した本実施例によれば、燃料電池システムの起動前、すなわち燃料ガスを供給する前の状態で、排出ガス流路の開閉指令状態が閉指令状態(パージ弁閉指令)とし、燃料ガス循環流路開閉手段(循環流路遮断弁)を閉状態し、燃料ガス循環手段(水素循環ポンプ)を動作させる。このときオリフィスを使用して燃料ガス循環流路内の圧損を設定できるので、実施例2に対して誤診断を起こしにくいと同時に、実施例2同様の検知性を持つ、すなわち実施例1にくらべて検知性を上げることができるという効果がある。 According to the present embodiment described above, before the fuel cell system is started, that is, before the fuel gas is supplied, the open / close command state of the exhaust gas passage is the close command state (purge valve close command), and the fuel gas The circulation passage opening / closing means (circulation passage cutoff valve) is closed, and the fuel gas circulation means (hydrogen circulation pump) is operated. At this time, since the pressure loss in the fuel gas circulation flow path can be set using the orifice, it is difficult to make a misdiagnosis with respect to the second embodiment, and at the same time, it has the same detectability as the second embodiment, that is, compared with the first embodiment. This has the effect of improving the detectability.
1:燃料電池システム
2:燃料電池スタック
3:燃料極
3c:燃料ガス流路
4:酸化剤極
4c:酸化剤ガス流路
5:水素タンク
6:レギュレータ
7:水素供給流路
8:水素供給調整弁
9:圧力センサ
10:水素循環流路
11:水素循環ポンプ
12:圧力センサ
13:水素排出流路
14:パージ弁
15:空気供給流路
16:空気排出流路
20:制御部
1: Fuel cell system 2: Fuel cell stack 3:
Claims (3)
前記排出ガス流路開閉手段に対する開閉指令状態の検知手段と、
燃料ガス排出流路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記検知された排出ガス流路の開閉指令状態が閉指令時に、前記燃料ガス循環手段の動作状態において前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて、前記排出ガス流路開閉手段の開故障状態の判定を行う開故障状態判定手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 An electrolyte membrane is sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode, and an oxidant gas is supplied to the oxidant electrode side, and a fuel gas mainly composed of hydrogen is supplied to the fuel electrode side to generate power. A fuel cell; fuel gas circulation means for supplying at least part of the fuel gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell to the fuel cell again; and a fuel gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell. Alternatively, a fuel cell system comprising: a fuel gas discharge channel that discharges out of the system from the fuel gas circulation channel; and an exhaust gas channel opening / closing means that opens and closes the fuel gas discharge channel.
A means for detecting an open / close command state for the exhaust gas flow path opening / closing means;
Pressure detecting means for detecting the pressure in the fuel gas discharge channel;
When the detected opening / closing command state of the exhaust gas passage is a closing command, an open failure state of the exhaust gas passage opening / closing means based on the pressure detected by the pressure detection means in the operating state of the fuel gas circulation means An open failure state determination means for determining
前記開故障状態判定手段は、
前記燃料ガス循環流路開閉手段を全閉または中間開度にすることで、前記検知された排出ガス流路の開閉指令状態が閉指令時に、前記燃料ガス循環手段が動作状態で前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて、前記排出ガス流路開閉手段の故障状態の判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A fuel gas circulation channel opening / closing means for opening and closing the fuel gas circulation channel between the fuel gas discharge channel connection part of the fuel gas circulation channel and the fuel electrode outlet;
The open failure state determination means includes
By setting the fuel gas circulation channel opening / closing means to a fully closed position or an intermediate opening, the pressure detection means can be operated while the fuel gas circulation means is in an operating state when the detected opening / closing command state of the exhaust gas channel is a close command. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a failure state of the exhaust gas flow path opening / closing means is determined based on a pressure detected by the fuel cell system.
前記燃料ガス循環流路開閉手段と並列に配置されたオリフィスと、を備え、
前記開故障状態判定手段は、
前記燃料ガス循環流路開閉手段を全閉にすることで、前記検知された排出ガス流路の開閉指令状態が閉指令時に、前記燃料ガス循環手段が動作状態で前記圧力検出手段によって検出される圧力に基づいて、前記排出ガス流路開閉手段の故障状態の判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 Fuel gas circulation channel opening and closing means for opening and closing the fuel gas circulation channel between the fuel gas discharge channel connection part of the fuel gas circulation channel and the fuel electrode outlet;
An orifice arranged in parallel with the fuel gas circulation flow path opening and closing means,
The open failure state determination means includes
By fully closing the fuel gas circulation passage opening / closing means, the detected pressure of the fuel gas circulation means is detected by the pressure detection means when the detected opening / closing command state of the exhaust gas passage is a close command. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a failure state of the exhaust gas flow path opening / closing means is determined based on a pressure.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2004
- 2004-10-07 JP JP2004295257A patent/JP2006107998A/en active Pending
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