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JP5201308B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description

本発明は、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための供給流路に、上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention provides a fuel cell system including a variable gas supply device that adjusts a gas state on the upstream side and supplies it to the downstream side in a supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell. About.

現在、反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられている。   Currently, a fuel cell system including a fuel cell that receives a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) and generates electric power has been proposed and put into practical use. Such a fuel cell system is provided with a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell.

ところで、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力がきわめて高い場合には、この供給圧力を一定の値まで低減させる調圧弁(レギュレータ)が燃料供給流路に設けられるのが一般的であるが、調圧弁では燃料ガスの供給圧力を迅速に変化させることが困難である(すなわち応答性が低い)上に、目標圧力を多段階にわたって変化させるような高精度な調圧が不可能であった。   By the way, when the supply pressure of the fuel gas from the fuel supply source is extremely high, a pressure regulating valve (regulator) for reducing the supply pressure to a certain value is generally provided in the fuel supply flow path. In the pressure regulating valve, it is difficult to quickly change the supply pressure of the fuel gas (that is, the response is low), and it is impossible to perform high-precision pressure regulation that changes the target pressure in multiple stages.

このため、燃料ガスの供給圧力を多段階に変化させるインジェクタ(可変ガス供給装置)を燃料供給流路に設ける技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−302563号公報
For this reason, a technique has been proposed in which an injector (variable gas supply device) that changes the supply pressure of fuel gas in multiple stages is provided in the fuel supply flow path (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-302563 A

しかしながら、前記特許文献1に記載されているようなインジェクタを燃料供給流路に設けた燃料電池システムにおいては、インジェクタに例えば異物が噛み込む等した場合に、開弁状態にあるインジェクタを閉弁制御しても開弁状態のまま閉弁できない開弁異常を生じてしまう可能性があった。   However, in the fuel cell system in which the injector described in Patent Document 1 is provided in the fuel supply flow path, the injector in the valve-open state is closed when, for example, a foreign object bites into the injector. However, there is a possibility that a valve opening abnormality that cannot be closed while the valve is open may occur.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、可変ガス供給装置の開弁異常を運転中に解除することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can cancel a valve opening abnormality of a variable gas supply device during operation.

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための供給流路と、前記供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、前記可変ガス供給装置を駆動制御する制御装置と、を備えてなる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出された燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記循環流路に排出弁を介して接続された排出流路と、を備え、前記可変ガス供給装置は、弁体を電磁駆動力により所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させる電磁駆動式の開閉弁であり、前記制御装置は、運転中に前記可変ガス供給装置が開弁状態から閉弁状態に戻らない開弁異常が検出されると、当該可変ガス供給装置に対して、開弁指令と閉弁指令からなる開閉駆動制御を複数回繰り返し、さらに、前記可変ガス供給装置の出口圧が所定の第1閾値を超えた状態が所定時間継続した場合には、前記排出弁を開弁させることにより前記出口圧を低下させ、当該出口圧が前記第1閾値よりも小さい所定の第2閾値にまで低下した後に、前記開閉駆動制御を複数回繰り返すものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a supply channel for flowing a fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an upstream side of the supply channel. of a variable gas supply device for supplying to the downstream side by adjusting the gas state, in the variable gas supply device comprising and a control unit for controlling driving the fuel cell system, the fuel off-gas discharged from the fuel cell A circulation passage for returning to the supply passage; and a discharge passage connected to the circulation passage through a discharge valve . It is an electromagnetically driven on-off valve that is driven at a driving cycle and is separated from the valve seat, and the control device detects a valve opening abnormality in which the variable gas supply device does not return from a valve opening state to a valve closing state during operation. Then, the variable gas supply device Respect, to repeat several times the opening and closing driving control consisting opening command and closing command, further, when the state in which the outlet pressure of the variable gas supply device exceeds a predetermined first threshold value continues for a predetermined time Is configured to reduce the outlet pressure by opening the discharge valve, and repeat the opening / closing drive control a plurality of times after the outlet pressure has decreased to a predetermined second threshold value that is smaller than the first threshold value. is there.

かかる構成によれば、可変ガス供給装置に例えば異物が噛み込む等して開弁状態のまま閉弁できない開弁異常を生じた場合に、制御装置が可変ガス供給装置に対して開閉駆動制御を複数回繰り返すことになり、これにより、可変ガス供給装置には開方向の駆動力とそれとは逆の閉方向の駆動力とが繰り返し生じることになる。よって、例えば可変ガス供給装置に噛み込んだ異物に、噛み込み解除方向の力と噛み込み方向の力とを交互に与え、この異物を噛み込み位置から外して取り除くことが可能となる。   According to this configuration, when a valve opening abnormality that cannot be closed while the valve is open due to, for example, foreign matter biting into the variable gas supply device, the control device performs open / close drive control on the variable gas supply device. As a result, the driving force in the opening direction and the driving force in the closing direction opposite to the driving force are repeatedly generated in the variable gas supply device. Therefore, for example, it is possible to alternately apply the force in the biting release direction and the force in the biting direction to the foreign matter caught in the variable gas supply device, and remove the foreign matter from the biting position.

本発明の燃料電池システムにおいては、前記可変ガス供給装置の開弁異常をより高精度に検出して前記開閉駆動制御の無用な繰り返しを回避するべく、前記制御装置は、早くとも前記可変ガス供給装置の出口圧が第1の閾値を超えた状態が所定時間継続した後に、前記開閉駆動制御を複数回繰り返している。 In the fuel cell system of the present invention, in order to detect the valve opening abnormality of the variable gas supply device with higher accuracy and avoid unnecessary repetition of the opening / closing drive control, the control device supplies the variable gas supply at the earliest. after state outlet pressure of the device exceeds the first threshold continues for a predetermined time, and repeat several times the opening and closing drive control.

ここで、可変ガス供給装置が開弁異常である場合には、その出口圧と入口圧とは同圧となるが、この入口圧が所定圧以上になると、弁体を電磁駆動力によっては開閉できなくなる虞がある。そこで、本発明の燃料電池システムにおいては、可変ガス供給装置の開閉動作をより確実なものとするべく、前記制御装置は、可変ガス供給装置の出口圧が前記第1の閾値よりも小なる所定の第2の閾値にまで低下した後に、前記開閉駆動制御を複数回繰り返すようにしているHere, when the variable gas supply device is abnormal in valve opening, the outlet pressure and the inlet pressure are the same, but when the inlet pressure exceeds a predetermined pressure, the valve body is opened and closed depending on the electromagnetic driving force. There is a risk that it will not be possible. Therefore, in the fuel cell system of the present invention, in order to ensure the opening / closing operation of the variable gas supply device, the control device has a predetermined value at which the outlet pressure of the variable gas supply device is smaller than the first threshold value. after lowered to the second threshold value, so that repeated a plurality of times the opening and closing drive control.

当該出口圧を第2の閾値まで低下させるには、例えば、前記燃料電池から排出された燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記循環流路に排出弁を介して接続された排出流路と、を備えたシステム構成において、前記制御装置が排出弁を開弁させるようにしているIn order to reduce the outlet pressure to the second threshold, for example, a circulation channel for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the supply channel, and a connection to the circulation channel via a discharge valve a discharge passage which is, in the system configuration wherein the control device is so as to open the discharge valve.

本発明によれば、可変ガス供給装置の開弁異常を運転中に解除することが可能な燃料電池システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can cancel | release the valve opening abnormality of a variable gas supply apparatus during driving | operation can be provided.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両(移動体)の車載発電システムに適用した例について説明することとするが、燃料電池車両以外の各種移動体(ロボット、船舶、航空機等)に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。   Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (moving body) will be described, but the present invention is applied to various moving bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. The fuel cell system according to the invention can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).

まず、図1を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1の構成について説明する。   First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態に係る燃料電池システム1は、図1に示すように、反応ガス(酸化ガス及び燃料ガス)の供給を受けて電力を発生する燃料電池10を備えるとともに、燃料電池10に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系2、燃料電池10に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系3、システム全体を統合制御する制御装置4等を備えている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a fuel cell 10 that generates electric power upon receiving a supply of reaction gas (oxidation gas and fuel gas), and the fuel cell 10 has an oxidant gas. An oxidizing gas piping system 2 for supplying the air, a hydrogen gas piping system 3 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 10, a control device 4 for integrated control of the entire system, and the like.

燃料電池10は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池10により発生した電力は、PCU(Power Control Unit)11に供給される。PCU11は、燃料電池10とトラクションモータ12との間に配置されるインバータやDC‐DCコンバータ等を備えている。また、燃料電池10には、発電中の電流を検出する電流センサ13が取り付けられている。   The fuel cell 10 has a stack structure in which a required number of unit cells that receive a reaction gas and generate electric power through an electrochemical reaction are stacked. The electric power generated by the fuel cell 10 is supplied to a PCU (Power Control Unit) 11. The PCU 11 includes an inverter, a DC-DC converter, and the like that are disposed between the fuel cell 10 and the traction motor 12. Further, the fuel cell 10 is provided with a current sensor 13 for detecting a current during power generation.

酸化ガス配管系2は、加湿器20により加湿された酸化ガス(空気)を燃料電池10に供給する空気供給流路21と、燃料電池10から排出された酸化オフガスを加湿器20に導く空気排出流路22と、加湿器21から外部に酸化オフガスを導くための排気流路23と、を備えている。空気供給流路21には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器20に圧送するコンプレッサ24が設けられている。   The oxidant gas piping system 2 includes an air supply passage 21 that supplies the oxidant gas (air) humidified by the humidifier 20 to the fuel cell 10, and an air exhaust that guides the oxidant off-gas discharged from the fuel cell 10 to the humidifier 20. A flow path 22 and an exhaust flow path 23 for guiding the oxidizing off gas from the humidifier 21 to the outside are provided. The air supply passage 21 is provided with a compressor 24 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 20.

水素ガス配管系3は、高圧(例えば70MPa)の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク30と、水素タンク30の水素ガスを燃料電池10に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路31と、燃料電池10から排出された水素オフガスを水素供給流路31に戻すための循環流路32と、を備えている。   The hydrogen gas piping system 3 includes a hydrogen tank 30 as a fuel supply source storing high-pressure (for example, 70 MPa) hydrogen gas, and hydrogen as a fuel supply passage for supplying the hydrogen gas from the hydrogen tank 30 to the fuel cell 10. A supply flow path 31 and a circulation flow path 32 for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen supply flow path 31 are provided.

なお、水素タンク30に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。   Instead of the hydrogen tank 30, a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel, a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state, and Can also be employed as a fuel supply source. A tank having a hydrogen storage alloy may be employed as a fuel supply source.

水素供給流路31には、水素タンク30からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁33と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ34と、インジェクタ35と、が設けられている。また、インジェクタ35の上流側には、水素供給流路31内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ41及び温度センサ42が設けられている。   The hydrogen supply flow path 31 is provided with a shutoff valve 33 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 30, a regulator 34 that adjusts the pressure of the hydrogen gas, and an injector 35. A primary pressure sensor 41 and a temperature sensor 42 that detect the pressure and temperature of the hydrogen gas in the hydrogen supply flow path 31 are provided on the upstream side of the injector 35.

さらに、インジェクタ35の下流側であって水素供給流路31と循環流路32との合流部の上流側には、水素供給流路31内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ43及び水素供給流路31内が所定の作動圧に達した際に開放されるリリーフ弁44が設けられている。   Further, on the downstream side of the injector 35 and upstream of the junction between the hydrogen supply flow path 31 and the circulation flow path 32, a secondary pressure sensor 43 that detects the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen supply flow path 31. And the relief valve 44 opened when the inside of the hydrogen supply flow path 31 reaches a predetermined operating pressure is provided.

レギュレータ34は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ34として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。   The regulator 34 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure. In the present embodiment, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure is employed as the regulator 34. The mechanical pressure reducing valve has a structure in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. Thus, a publicly known configuration for the secondary pressure can be employed.

インジェクタ35は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ35は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。   The injector 35 is an electromagnetically driven on-off valve capable of adjusting the gas flow rate and gas pressure by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. The injector 35 includes a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as hydrogen gas, a nozzle body for supplying and guiding the gaseous fuel to the injection hole, and an axial direction (gas flow direction) with respect to the nozzle body. And a valve body that is movably accommodated and opens and closes the injection hole.

本実施形態においては、インジェクタ35の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を2段階、多段階又は無段階に切り替えることができるようになっている。   In the present embodiment, the valve body of the injector 35 is driven by a solenoid which is an electromagnetic drive device, and the opening area of the injection hole is set in two stages, multiple stages or by turning on and off the pulsed excitation current supplied to the solenoid. It can be switched infinitely.

なお、インジェクタ35の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ35の下流に供給されるガス圧力がインジェクタ35の上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ35を調圧弁(減圧弁、レギュレータ)と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ35の上流ガス圧の調圧量(減圧量)を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。   Since the gas flow rate is adjusted by opening and closing the valve body of the injector 35 and the gas pressure supplied downstream of the injector 35 is reduced from the gas pressure upstream of the injector 35, the injector 35 is controlled by a pressure regulating valve (pressure reducing valve). , Regulator). Further, in the present embodiment, a variable pressure control valve capable of changing the pressure adjustment amount (pressure reduction amount) of the upstream gas pressure of the injector 35 so as to match the required pressure within a predetermined pressure range in accordance with the gas requirement. Can also be interpreted.

以上のとおり、インジェクタ35は、水素供給流路31の上流側のガス状態(ガス流量、水素モル濃度、ガス圧力)を調整して下流側に供給するものであり、本発明における可変ガス供給装置に相当する。   As described above, the injector 35 adjusts the gas state (gas flow rate, hydrogen molar concentration, gas pressure) on the upstream side of the hydrogen supply flow path 31 and supplies it to the downstream side. The variable gas supply device according to the present invention. It corresponds to.

なお、本実施形態においては、図1に示すように、水素供給流路31と循環流路32との合流部A1より上流側にインジェクタ35を配置している。また、図1に破線で示すように、燃料供給源として複数の水素タンク30を採用する場合には、各水素タンク30から供給される水素ガスが合流する部分(水素ガス合流部A2)よりも下流側にインジェクタ35を配置するようにする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the injector 35 is disposed on the upstream side of the junction A <b> 1 between the hydrogen supply flow path 31 and the circulation flow path 32. Further, as shown by a broken line in FIG. 1, when a plurality of hydrogen tanks 30 are employed as the fuel supply source, the hydrogen gas supplied from each hydrogen tank 30 joins more than the part (hydrogen gas joining part A2). The injector 35 is arranged on the downstream side.

循環流路32には、気液分離器36及び排気排水弁(排出弁)37を介して、排出流路38が接続されている。気液分離器36は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁37は、制御装置4からの指令によって作動することにより、気液分離器36で回収した水分と、循環流路32内の不純物を含む水素オフガスと、を外部に排出(パージ)するものである。   A discharge flow path 38 is connected to the circulation flow path 32 via a gas-liquid separator 36 and an exhaust drain valve (discharge valve) 37. The gas-liquid separator 36 collects moisture from the hydrogen off gas. The exhaust / drain valve 37 operates according to a command from the control device 4 to discharge (purge) the moisture collected by the gas-liquid separator 36 and the hydrogen off-gas containing impurities in the circulation flow path 32 to the outside. Is.

また、循環流路32には、循環流路32内の水素オフガスを加圧して水素供給流路31側へ送り出す水素ポンプ39が設けられている。なお、排気排水弁37及び排出流路38を介して排出される水素オフガスは、希釈器40によって希釈されて排気流路23内の酸化オフガスと合流するようになっている。   In addition, the circulation channel 32 is provided with a hydrogen pump 39 that pressurizes the hydrogen off gas in the circulation channel 32 and sends it to the hydrogen supply channel 31 side. The hydrogen off-gas discharged through the exhaust / drain valve 37 and the discharge passage 38 is diluted by the diluter 40 and merges with the oxidizing off-gas in the exhaust passage 23.

制御装置4は、車両に設けられた加速操作装置(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えばトラクションモータ12等の負荷装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。   The control device 4 detects an operation amount of an acceleration operation device (accelerator or the like) provided in the vehicle, receives control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as the traction motor 12), Control the operation of various devices in the system.

なお、負荷装置とは、トラクションモータ12のほかに、燃料電池10を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ24、水素ポンプ39、冷却ポンプのモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。   In addition to the traction motor 12, the load device is an auxiliary device (for example, a compressor 24, a hydrogen pump 39, a cooling pump motor, or the like) necessary for operating the fuel cell 10, and various types of vehicles involved in traveling of the vehicle. It is a collective term for power consumption devices including actuators used in devices (transmissions, wheel control devices, steering devices, suspension devices, etc.), occupant space air conditioners (air conditioners), lighting, audio, and the like.

制御装置4は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ROMに記録された各種制御プログラムをCPUが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。   The control device 4 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. It is like that.

具体的には、制御装置4は、図2に示すように、燃料電池10の運転状態(電流センサ13で検出した燃料電池10の発電時の電流値)に基づいて、燃料電池10で消費される水素ガスの量(以下「水素消費量」という)を算出する(燃料消費量算出機能:B1)。本実施形態においては、燃料電池10の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。   Specifically, as shown in FIG. 2, the control device 4 is consumed by the fuel cell 10 based on the operating state of the fuel cell 10 (current value during power generation of the fuel cell 10 detected by the current sensor 13). The amount of hydrogen gas (hereinafter referred to as “hydrogen consumption”) is calculated (fuel consumption calculation function: B1). In the present embodiment, the hydrogen consumption is calculated and updated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific calculation formula representing the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the hydrogen consumption.

また、制御装置4は、燃料電池10の運転状態(電流センサ13で検出した燃料電池10の発電時の電流値)に基づいて、インジェクタ35の下流位置における水素ガスの目標圧力値(燃料電池10への目標ガス供給圧)を算出する(目標圧力値算出機能:B2)。本実施形態においては、燃料電池10の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置4の演算周期毎に、二次側圧力センサ43が配置された位置(圧力調整が要求される位置である圧力調整位置)における目標圧力値を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 determines the target pressure value of the hydrogen gas (the fuel cell 10 at the downstream position of the injector 35) based on the operating state of the fuel cell 10 (the current value during power generation of the fuel cell 10 detected by the current sensor 13). Target gas supply pressure) (target pressure value calculation function: B2). In the present embodiment, a position (pressure) where the secondary pressure sensor 43 is arranged for each calculation cycle of the control device 4 using a specific map representing the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the target pressure value. The target pressure value at the pressure adjustment position where adjustment is required is calculated and updated.

また、制御装置4は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ43で検出したインジェクタ35の下流位置(圧力調整位置)の検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する(フィードバック補正流量算出機能:B3)。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量(圧力差低減補正流量)である。本実施形態においては、PI制御等の目標追従型制御則を用いて、制御装置4の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 calculates the feedback correction flow rate based on the deviation between the calculated target pressure value and the detected pressure value at the downstream position (pressure adjustment position) of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43. (Feedback correction flow rate calculation function: B3). The feedback correction flow rate is a hydrogen gas flow rate (pressure difference reduction correction flow rate) added to the hydrogen consumption in order to reduce the deviation between the target pressure value and the detected pressure value. In the present embodiment, the feedback correction flow rate is calculated and updated every calculation cycle of the control device 4 using a target tracking control law such as PI control.

また、制御装置4は、前回算出した目標圧力値と、今回算出した目標圧力値と、の偏差に対応するフィードフォワード補正流量を算出する(フィードフォワード補正流量算出機能:B4)。フィードフォワード補正流量は、目標圧力値の変動に起因する水素ガス流量の変動分(圧力差対応補正流量)である。本実施形態においては、目標圧力値の偏差とフィードフォワード補正流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎にフィードフォワード補正流量を算出して更新することとしている。   Moreover, the control apparatus 4 calculates the feedforward correction | amendment flow volume corresponding to the deviation of the target pressure value calculated last time and the target pressure value calculated this time (feedforward correction | amendment flow volume calculation function: B4). The feedforward correction flow rate is a change in the hydrogen gas flow rate due to the change in the target pressure value (correction flow corresponding to the pressure difference). In the present embodiment, the feedforward correction flow rate is calculated and updated every calculation cycle of the control device 4 using a specific calculation formula representing the relationship between the deviation of the target pressure value and the feedforward correction flow rate. .

また、制御装置4は、インジェクタ35の上流のガス状態(一次側圧力センサ41で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ42で検出した水素ガスの温度)に基づいてインジェクタ35の上流の静的流量を算出する(静的流量算出機能:B5)。本実施形態においては、インジェクタ35の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置4の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 determines the static flow rate upstream of the injector 35 based on the gas state upstream of the injector 35 (hydrogen gas pressure detected by the primary pressure sensor 41 and hydrogen gas temperature detected by the temperature sensor 42). (Static flow rate calculation function: B5). In the present embodiment, the static flow rate is calculated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific calculation formula representing the relationship between the pressure and temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35 and the static flow rate. We are going to update.

また、制御装置4は、インジェクタ35の上流のガス状態(水素ガスの圧力及び温度)及び印加電圧に基づいてインジェクタ35の無効噴射時間を算出する(無効噴射時間算出機能:B6)。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ35が制御装置4から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ35の上流側の水素ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置4の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。   Further, the control device 4 calculates the invalid injection time of the injector 35 based on the gas state upstream of the injector 35 (pressure and temperature of hydrogen gas) and the applied voltage (invalid injection time calculation function: B6). Here, the invalid injection time means the time required from when the injector 35 receives a control signal from the control device 4 until the actual injection is started. In the present embodiment, the invalid injection time is calculated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific map representing the relationship between the pressure and temperature of the hydrogen gas upstream of the injector 35, the applied voltage, and the invalid injection time. I am going to update it.

また、制御装置4は、水素消費量と、フィードバック補正流量と、フィードフォワード補正流量と、を加算することにより、インジェクタ35の噴射流量を算出する(噴射流量算出機能:B7)。そして、制御装置4は、インジェクタ35の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ35の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ35の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ35の総噴射時間を算出する(総噴射時間算出機能:B8)。   Further, the control device 4 calculates the injection flow rate of the injector 35 by adding the hydrogen consumption amount, the feedback correction flow rate, and the feedforward correction flow rate (injection flow rate calculation function: B7). Then, the control device 4 calculates the basic injection time of the injector 35 by multiplying the value obtained by dividing the injection flow rate of the injector 35 by the static flow rate by the drive cycle of the injector 35, and the basic injection time and the invalid injection time. Are added to calculate the total injection time of the injector 35 (total injection time calculation function: B8).

ここで、駆動周期とは、インジェクタ35の噴射孔の開閉状態を表す段状(オン・オフ)波形の周期を意味する。本実施形態においては、制御装置4により駆動周期を一定の値に設定している。   Here, the drive cycle means a stepped (on / off) waveform cycle representing the open / close state of the injection hole of the injector 35. In the present embodiment, the drive period is set to a constant value by the control device 4.

そして、制御装置4は、以上の手順を経て算出したインジェクタ35の総噴射時間を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ35のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池10に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。   And the control apparatus 4 controls the gas injection time and gas injection timing of the injector 35 by outputting the control signal for implement | achieving the total injection time of the injector 35 computed through the above procedure, and fuel cell The flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to 10 are adjusted.

続いて、図3のタイムチャートを用いて、燃料電池システム1の開弁異常解除制御について説明する。   Next, the valve opening abnormality canceling control of the fuel cell system 1 will be described using the time chart of FIG.

燃料電池システム1の通常運転時においては、水素タンク30から水素ガスが水素供給流路31を介して燃料電池10の燃料極に供給されるとともに、加湿調整された空気が空気供給流路21を介して燃料電池10の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。この際、燃料電池10から引き出すべき電力(要求電力)が制御装置4で演算され、その発電量に応じた量の水素ガス及び空気が燃料電池10内に供給されるようになっている。   During normal operation of the fuel cell system 1, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 30 to the fuel electrode of the fuel cell 10 through the hydrogen supply channel 31, and the air that has been subjected to humidification adjustment passes through the air supply channel 21. Then, power is generated by being supplied to the oxidation electrode of the fuel cell 10. At this time, the power (required power) to be drawn from the fuel cell 10 is calculated by the control device 4, and hydrogen gas and air in an amount corresponding to the amount of power generation are supplied into the fuel cell 10.

具体的にはまず、図3のタイムチャートにおいて、(a)は、インジェクタ35の正常および異常の状態を、(b)は二次側圧力センサ43で検出されるインジェクタ35の出口圧を、(c)は制御装置4のインジェクタ35への出口圧の指令値を、(d)は制御装置4による開弁異常解除制御ではない通常制御によるインジェクタ35の駆動許可状況を、(e)は制御装置4によるインジェクタ35の駆動指令を、(f)は制御装置4による排気排水弁37への開閉指令を、(g)は制御装置4によるコンプレッサ24の駆動で制御される希釈器40における最低酸化オフガス量(希釈器最低エア量)を、(h)は制御装置4において記憶する開弁異常解除制御のリトライカウンタを、(i)は制御装置4において記憶するインジェクタ35の出口圧の上昇異常つまり開弁異常が生じたことを示すインジェクタ出口圧上昇異常フラグをそれぞれ示している。   Specifically, first, in the time chart of FIG. 3, (a) shows the normal and abnormal states of the injector 35, (b) shows the outlet pressure of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43, ( (c) is a command value of the outlet pressure to the injector 35 of the control device 4, (d) is a drive permission status of the injector 35 by normal control which is not valve opening abnormality cancellation control by the control device 4, and (e) is a control device. (F) is an opening / closing command to the exhaust / drain valve 37 by the control device 4, and (g) is a minimum oxidation off gas in the diluter 40 controlled by driving the compressor 24 by the control device 4. (H) is a retry counter for valve opening abnormality release control stored in the control device 4, and (i) is an injector 3 stored in the control device 4. Shows the outlet pressure of the rising abnormality that is open abnormality occurs and the injector outlet pressure rises abnormality flag indicating that each.

インジェクタ35に開弁異常が生じて(t4時点)、開弁異常解除制御が開始される(t6時点)までは、制御装置4は通常制御を行うことになる。つまり、t6時点までは、図3(c)に示す制御装置4のインジェクタ35への出口圧の指令値を、図3(c)においては便宜上一定としているが、実際には上記した目標圧力値算出機能B2により算出することになる。   The control device 4 performs the normal control until the valve opening abnormality occurs in the injector 35 (time t4) and the valve opening abnormality release control is started (time t6). That is, until the time point t6, the command value of the outlet pressure to the injector 35 of the control device 4 shown in FIG. 3C is constant for convenience in FIG. It is calculated by the calculation function B2.

また、t6時点までは、図3(d)に示す通常制御によるインジェクタ35の駆動許可はONされていて、通常制御によるインジェクタ35の駆動制御ができる状態にある。このため、制御装置4が図3(e)に示す通常制御によりインジェクタ35へ開弁指令をONし(t1時点)、上記した総噴射時間算出機能B8で算出した総噴射時間経過後に開弁指令をOFFする(t2時点)と、これに応じて図3(b)に示す二次側圧力センサ43で検出されるインジェクタ35の出口圧が上昇後下降する。   Further, until time t6, the drive permission of the injector 35 by the normal control shown in FIG. 3D is ON, and the drive control of the injector 35 by the normal control can be performed. For this reason, the control device 4 turns ON the valve opening command to the injector 35 by the normal control shown in FIG. 3E (at time t1), and after the total injection time calculated by the total injection time calculation function B8 has elapsed, the valve opening command Is turned off (at time t2), the outlet pressure of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 shown in FIG.

さらに、t6時点までは、図3(g)に示す制御装置4によるコンプレッサ24の駆動で制御される希釈器40における最低酸化オフガス量は、図3(g)においては便宜上一定としているが、燃料電池10の燃料極に供給される水素ガス量に応じてマップによりコンプレッサ24の駆動が制御され、これに伴った量に制御される。   Further, until the time t6, the minimum oxidizing off-gas amount in the diluter 40 controlled by the driving of the compressor 24 by the control device 4 shown in FIG. 3 (g) is constant for convenience in FIG. The driving of the compressor 24 is controlled by a map in accordance with the amount of hydrogen gas supplied to the fuel electrode of the battery 10, and the amount is controlled accordingly.

さらにまた、排気排水弁37は、適宜のパージタイミングで開弁されるものであるが、図3(f)においては便宜上、開弁異常解除制御が開始されるt6時点の所定時間前は閉弁状態が維持されていたものとしている。   Furthermore, the exhaust / drain valve 37 is opened at an appropriate purge timing. In FIG. 3F, for convenience, the exhaust drain valve 37 is closed for a predetermined time before the time point t6 when the valve opening abnormality release control is started. It is assumed that the state was maintained.

そして、制御装置4が図3(e)に示すように通常制御によりインジェクタ35を開弁制御、言い換えれば、インジェクタ35への開弁指令をONし(t3時点)、さらに言い換えれば、ソレノイドへの通電により得られる電磁駆動力によって弁体が弁座から離隔した開弁状態を保持できる開弁保持電流を当該ソレノイドに通電する指令を発し、上記した総噴射時間算出機能B8で算出した総噴射時間経過後、インジェクタ35を閉弁制御、言い換えれば、インジェクタ35への開弁指令をOFFした(t4時点)ときに、さらに言い換えれば、ソレノイドへの通電を遮断する指令あるいは電磁駆動力によっては弁体が弁座から離隔した状態を保持することができない電流をソレノイドに通電する指令を発したときに、インジェクタ35に異物が噛み込んで、開弁状態にあるインジェクタ35を閉弁制御しても開弁状態のまま閉弁できない開弁異常を生じてしまうと、閉弁制御したにも関わらず、図3(b)に示す二次側圧力センサ43で検出されるインジェクタ35の出口圧が上昇を続ける。   Then, as shown in FIG. 3E, the control device 4 controls the opening of the injector 35 by normal control, in other words, turns on the valve opening command to the injector 35 (at time t3), and in other words, supplies the solenoid to the solenoid. The total injection time calculated by the above-described total injection time calculation function B8 is issued by issuing a command to energize the solenoid with a valve-opening holding current that can maintain the valve-opened state separated from the valve seat by the electromagnetic driving force obtained by energization. After the lapse of time, the valve closing control of the injector 35, in other words, when the valve opening command to the injector 35 is turned off (at time t4), in other words, depending on the command or electromagnetic driving force for shutting off the energization to the solenoid, When a command to energize the solenoid with a current that cannot maintain the state of being separated from the valve seat is issued to the injector 35, If a valve opening abnormality that cannot be closed even if the injector 35 in the valve open state is controlled to be closed even if the injector 35 is in the valve open state is generated, the valve is closed in spite of the valve closing control. The outlet pressure of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 shown in FIG.

制御装置4は、このとき、インジェクタ35の出口圧を監視しており、インジェクタ35に開弁異常が生じて、二次側圧力センサ43により検出される出口圧が、正常時には生じ得ない所定のガス抜き開始閾値(第1閾値)X1を超えると(t5時点)、所定のガス抜き開始待機時間T1が経過するのを待って(t6時点)、以下のような開弁異常解除制御を行う。   At this time, the control device 4 monitors the outlet pressure of the injector 35. When the valve 35 is abnormally opened in the injector 35, the outlet pressure detected by the secondary side pressure sensor 43 cannot be generated in a normal state. When the degassing start threshold value (first threshold value) X1 is exceeded (at time t5), the following valve opening abnormality canceling control is performed after a predetermined degassing start waiting time T1 elapses (time t6).

つまり、二次側圧力センサ43の検出圧が所定のガス抜き開始閾値X1を超えた時点(t5時点)から所定のガス抜き開始待機時間T1が経過すると(t6時点)、制御装置4は、図3(c)に示すインジェクタ35への出口圧の指令値を目標圧力値算出機能B2による算出ではなく、目標圧力値算出機能B2により算出される値よりも高い所定の一定値に上げる。   That is, when the predetermined degassing start waiting time T1 elapses from the time when the detected pressure of the secondary side pressure sensor 43 exceeds the predetermined degassing start threshold X1 (time t5) (time t6), the control device 4 The command value of the outlet pressure to the injector 35 shown in 3 (c) is not calculated by the target pressure value calculation function B2, but is raised to a predetermined constant value higher than the value calculated by the target pressure value calculation function B2.

制御装置4は、これと同時に(t6時点)、図3(d)に示す通常制御によるインジェクタ35の駆動許可をOFFして、通常制御によるインジェクタ35の駆動制御を規制する状態とし、また同時に(t6時点)、二次側圧力センサ43により検出される出口圧を下げるために図3(f)に示すように排気排水弁37を開状態とする。   At the same time (at time t6), the control device 4 turns off the drive permission of the injector 35 by the normal control shown in FIG. 3D, and restricts the drive control of the injector 35 by the normal control. At time t6), in order to lower the outlet pressure detected by the secondary side pressure sensor 43, the exhaust / drain valve 37 is opened as shown in FIG.

さらに同時に(t6時点)、排気排水弁37から排出される水素ガス濃度を所定値以下に下げるために、制御装置4はコンプレッサ24の駆動を制御して希釈器40における最低酸化オフガス量を、水素ガス濃度を所定値以下に下降可能な量を確保するように図3(g)に示すように高くする。   At the same time (at time t6), in order to reduce the concentration of hydrogen gas discharged from the exhaust / drain valve 37 to a predetermined value or less, the control device 4 controls the drive of the compressor 24 to reduce the minimum oxidizing off-gas amount in the diluter 40 to the hydrogen As shown in FIG. 3 (g), the gas concentration is increased as shown in FIG.

上記のようにして、排気排水弁37を開状態としたt6時点から、図3(b)に示す二次側圧力センサ43により検出されるインジェクタ35の出口圧は下がることになり、その値が、インジェクタ35の出口圧の通常運転時における正常範囲内に収まる所定のリトライ開始閾値(第2閾値)X2まで下がると(t7時点)、制御装置4は、所定のリトライ開始待機時間T2が経過するのを待って(t8時点)、インジェクタ35に対して、図3(e)に示す開弁異常解除のための1回目のインジェクタ35への開閉駆動制御を所定の複数回、具体的には3回だけ繰り返す。   As described above, the outlet pressure of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 shown in FIG. 3B decreases from the time point t6 when the exhaust / drain valve 37 is opened. When the outlet pressure of the injector 35 falls to a predetermined retry start threshold (second threshold) X2 that falls within the normal range during normal operation (at time t7), the control device 4 passes a predetermined retry start waiting time T2. (Time t8), the opening / closing drive control for the first injector 35 for releasing the valve opening abnormality shown in FIG. Repeat only once.

つまり、インジェクタ35を開弁制御するべく開弁指令をONし(t8時点)、続いて、インジェクタ35を閉弁制御するべく開弁指令をOFFした後(t9時点)、再びインジェクタ35への開弁指令をONし(t10時点)、続いてインジェクタ35への開弁指令をOFFして(t11時点)、再びインジェクタ35への開弁指令をONした後(t12時点)、インジェクタ35への開弁指令をOFFする(t13時点)。   That is, the valve opening command is turned ON to control the opening of the injector 35 (at time t8), and then the valve opening command is turned OFF to control the closing of the injector 35 (time t9). The valve command is turned on (at time t10), the valve opening command to the injector 35 is subsequently turned off (time t11), the valve opening command to the injector 35 is turned on again (time t12), and the valve 35 is opened to the injector 35. The valve command is turned OFF (time t13).

ここで、この開弁異常解除のための開閉駆動制御においては、インジェクタ35を最小の駆動周期でON・OFF制御する。なお、図3においては、開弁異常解除のための1回目の開閉駆動制御における3回目のインジェクタ35の開弁制御後の閉弁制御で開弁異常が解除される場合を示しているが、1回目のインジェクタ35への開弁指令をONし(t8時点)、二次側圧力センサ43で検出されるインジェクタ35の出口圧が上昇した後に、開弁指令をOFFする(t9時点)と、開弁異常が解除されていないにもかかわらず、その後インジェクタ35の出口圧が下降するのは、排気排水弁37が開弁しているためである。2回目および3回目のインジェクタ35への開弁指令のONおよびOFFでも同様にインジェクタ35の出口圧が上昇後下降する。   Here, in the opening / closing drive control for releasing the valve opening abnormality, the injector 35 is ON / OFF controlled with the minimum drive cycle. FIG. 3 shows a case where the valve opening abnormality is canceled by the valve closing control after the third valve opening control of the injector 35 in the first opening / closing drive control for releasing the valve opening abnormality. When the valve opening command to the first injector 35 is turned ON (at time t8) and the outlet pressure of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 is increased, the valve opening command is turned OFF (time t9). The reason why the outlet pressure of the injector 35 subsequently decreases despite the fact that the valve opening abnormality has not been released is that the exhaust / drain valve 37 is open. Similarly, the outlet pressure of the injector 35 decreases after the valve opening command to the second and third injectors 35 is turned ON and OFF.

そして、開弁異常解除のための1回目の開閉駆動制御終了時点(t14時点)から以降、制御装置4は、一旦、通常制御に戻る。つまり、図3(c)に示す制御装置4のインジェクタ35への出口圧の指令値を、図3(c)においては便宜上一定としているが、実際には上記した目標圧力値算出機能B2により算出されたものを用いることになり、また、図3(d)に示す通常制御によるインジェクタ35の駆動許可がONされることになって、通常制御によるインジェクタ35の駆動制御ができる状態となる。   Then, after the first opening / closing drive control end time (time t14) for releasing the valve opening abnormality, the control device 4 once returns to the normal control. That is, the command value of the outlet pressure to the injector 35 of the control device 4 shown in FIG. 3C is constant for convenience in FIG. 3C, but is actually calculated by the target pressure value calculation function B2 described above. Moreover, the drive permission of the injector 35 by the normal control shown in FIG. 3D is turned on, and the drive control of the injector 35 by the normal control can be performed.

また、排気排水弁37は、適宜のパージタイミングで開弁されるものであるが、図3(f)においては便宜上、t14時点以降の所定時間は閉弁状態が維持されるものとしている。さらに、t14時点以降、図3(g)に示す制御装置4によるコンプレッサ24の駆動で制御される希釈器40における最低酸化オフガス量は、図3(g)においては便宜上一定としているが、燃料電池10の燃料極に供給される水素ガス量に応じてマップによりコンプレッサ24の駆動が制御され、これに伴った量となる。   The exhaust / drain valve 37 is opened at an appropriate purge timing. In FIG. 3 (f), for convenience, the valve closing state is maintained for a predetermined time after the time point t14. Further, after the time point t14, the minimum oxidizing off-gas amount in the diluter 40 controlled by the driving of the compressor 24 by the control device 4 shown in FIG. 3 (g) is constant for convenience in FIG. The driving of the compressor 24 is controlled by a map according to the amount of hydrogen gas supplied to the 10 fuel electrodes, and the amount is accordingly.

そして、制御装置4が通常制御によりインジェクタ35へ図3(e)に示す開弁指令をONし(t14時点)、上記した総噴射時間算出機能B8で算出した総噴射時間経過後に開弁指令をOFFすると(t15時点)、上記のように1回目の開閉駆動制御でインジェクタ35の開弁異常が解除されていることから、これに応じて図3(b)に示す二次側圧力センサ43で検出されるインジェクタ35の出口圧が、排気排水弁37が閉弁されているにもかかわらず、上昇後、正常に下降する。   Then, the control device 4 turns ON the valve opening command shown in FIG. 3E to the injector 35 by the normal control (at time t14), and issues the valve opening command after the total injection time calculated by the total injection time calculation function B8 described above. When turned OFF (at time t15), the valve opening abnormality of the injector 35 is canceled by the first opening / closing drive control as described above. Accordingly, the secondary side pressure sensor 43 shown in FIG. The detected outlet pressure of the injector 35 rises normally after it rises despite the exhaust drain valve 37 being closed.

制御装置4は、開弁異常解除のための1回目の開閉駆動制御終了時点(t14時点)で、図3(h)に示す開弁異常解除制御のリトライカウンタをそれまでの0から1にする。   At the end of the first opening / closing drive control for releasing the valve opening abnormality (at time t14), the control device 4 changes the retry counter for the valve opening abnormality releasing control shown in FIG. .

ここで、図3においては、開弁異常が生じて行われた1回目の開閉駆動制御で開弁異常が解除された場合を例にとり説明したが、開弁異常が生じて行われた1回目の開閉駆動制御で開弁異常が解除されなければ、二次側圧力センサ43により検出される出口圧が、上記t5時点と同様に、所定のガス抜き開始閾値X1を再び超えることになるため、制御装置4は、二次側圧力センサ43により検出される出口圧がガス抜き開始閾値X1を超えると、上記t5時点からt14時点までの開閉駆動制御を所定回数、具体的にはその後3回(合計4回)、開弁異常が解除されるまで繰り返す。   Here, in FIG. 3, the case where the valve opening abnormality is canceled by the first opening / closing drive control performed when the valve opening abnormality occurs is described as an example, but the first time when the valve opening abnormality occurs is performed. If the valve opening abnormality is not canceled by the opening / closing drive control, the outlet pressure detected by the secondary side pressure sensor 43 again exceeds the predetermined degassing start threshold value X1 similarly to the time point t5. When the outlet pressure detected by the secondary pressure sensor 43 exceeds the degassing start threshold value X1, the control device 4 performs the opening / closing drive control from the time t5 to the time t14 a predetermined number of times, specifically three times thereafter ( Repeat a total of 4 times) until the valve opening abnormality is cleared.

その際には、開弁異常解除のための2回目の開閉駆動制御終了時点(t16時点)で、図3(h)に示す開弁異常解除制御のリトライカウンタをそれまでの1から2にすることになり、また、開弁異常解除のための3回目の開閉駆動制御終了時点(t17時点)で、図3(h)に示す開弁異常解除制御のリトライカウンタをそれまでの2から3にすることになり、さらに、開弁異常解除のための4回目の開閉駆動制御終了時点(t18時点)で、図3(h)に示す開弁異常解除制御のリトライカウンタをそれまでの3から4にすることになる。   At that time, at the end of the second opening / closing drive control for releasing the valve opening abnormality (time t16), the retry counter for the valve opening abnormality releasing control shown in FIG. In addition, at the end of the third opening / closing drive control (time t17) for canceling the valve opening abnormality, the retry counter for the valve opening abnormality canceling control shown in FIG. Further, at the end of the fourth opening / closing drive control for releasing the valve opening abnormality (at time t18), the retry counter for the valve opening abnormality releasing control shown in FIG. Will be.

ここで、制御装置4は、開弁異常解除のための開閉駆動制御を所定のリトライ回数である4回行ってリトライカウンタが4になると(t18時点)、開弁異常が解除できないと判断して、インジェクタ35の開弁異常停止制御を行う。   Here, the control device 4 determines that the valve opening abnormality cannot be canceled when the opening / closing drive control for releasing the valve opening abnormality is performed four times as the predetermined number of retries and the retry counter becomes 4 (at time t18). Then, the valve opening abnormal stop control of the injector 35 is performed.

以下、この開弁異常停止制御について、図4のタイムチャートを用いて説明する。なお、図4において、図3のタイムチャートと同一部分には、同一符号を付す。   Hereinafter, the valve opening abnormal stop control will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 4, the same parts as those in the time chart of FIG.

図4のタイムチャートにおいて、(j)は制御装置4による遮断弁33への開閉指令を、(k)は一次側圧力センサ42で検出されるインジェクタ35の入口圧を、(l)は燃料電池システム1の運転状態をそれぞれ示している。開弁異常が解除できず、この異常状態が継続して開弁異常停止制御が開始されるまで(t21〜t26)は、制御装置4は、前述と同様の通常制御(図3におけるt1〜t26)を行う。   In the time chart of FIG. 4, (j) is an opening / closing command to the shutoff valve 33 by the control device 4, (k) is an inlet pressure of the injector 35 detected by the primary side pressure sensor 42, and (l) is a fuel cell. The operation states of the system 1 are shown respectively. Until the valve opening abnormality cannot be canceled and the abnormal state continues and valve opening abnormality stop control is started (t21 to t26), the control device 4 performs the normal control similar to the above (t1 to t26 in FIG. 3). )I do.

そして、制御装置4は、インジェクタ35の出口圧に基づいて、インジェクタ35の開弁異常が解除されず、その異常状態が継続して、二次側圧力センサ43により検出される出口圧が、正常時には生じ得ない所定のガス抜き開始閾値X1を超えると(t25時点)、所定のガス抜き開始待機時間T1が経過するのを待って(t26時点)、図4(i)で示すインジェクタ35の出口圧の上昇異常つまり開弁異常を示すインジェクタ出口圧上昇異常フラグをONとし、以下のような開弁異常停止制御を行う。   And the control apparatus 4 does not cancel the valve opening abnormality of the injector 35 based on the outlet pressure of the injector 35, the abnormal state continues, and the outlet pressure detected by the secondary side pressure sensor 43 is normal. When a predetermined degassing start threshold value X1 that cannot sometimes occur is exceeded (at time t25), after a predetermined degassing start waiting time T1 elapses (time t26), the outlet of the injector 35 shown in FIG. An injector outlet pressure increase abnormality flag indicating a pressure increase abnormality, that is, a valve opening abnormality is turned ON, and the following valve opening abnormality stop control is performed.

つまり、二次側圧力センサ43の検出圧が所定のガス抜き開始閾値X1を超えた時点(t25時点)から所定のガス抜き開始待機時間T1が経過すると(t26時点)、制御装置4は、図4(c)に示すインジェクタ35への出口圧の指令をOFFとすることにより、図4(e)に示すようにインジェクタ35の駆動をOFFとする。   That is, when the predetermined degassing start waiting time T1 elapses from the time when the detected pressure of the secondary side pressure sensor 43 exceeds the predetermined degassing start threshold X1 (time t25) (time t26), the control device 4 By turning OFF the outlet pressure command to the injector 35 shown in FIG. 4C, the drive of the injector 35 is turned OFF as shown in FIG.

これと同時に(t26時点)、図4(j)に示すように水素タンク30からの水素ガスの供給を停止させるべく、水素タンク30の主止弁である遮断弁33を閉じて水素ガスの供給を停止するとともに、二次側圧力センサ43により検出される出口圧を下げるために図4(f)に示すように排気排水弁37を開状態とする。   At the same time (at time t26), as shown in FIG. 4 (j), in order to stop the supply of the hydrogen gas from the hydrogen tank 30, the shutoff valve 33, which is the main stop valve of the hydrogen tank 30, is closed to supply the hydrogen gas. In order to reduce the outlet pressure detected by the secondary pressure sensor 43, the exhaust / drain valve 37 is opened as shown in FIG.

さらに同時に(t26時点)、排気排水弁37から排出される水素ガス濃度を所定値以下に下げるために、制御装置4はコンプレッサ24の駆動を制御して希釈器40における最低酸化オフガス量を、水素ガス濃度を所定値以下に希釈可能な量を確保するように図4(g)に示すように高くする。   At the same time (at time t26), in order to lower the concentration of hydrogen gas discharged from the exhaust / drain valve 37 to a predetermined value or less, the control device 4 controls the drive of the compressor 24 to reduce the minimum oxidizing off-gas amount in the diluter 40 to the hydrogen The gas concentration is increased as shown in FIG. 4 (g) so as to ensure an amount that can be diluted below a predetermined value.

上記のようにして、遮断弁33を閉状態とし、さらに排気排水弁37を開状態としたt26時点から、図4(b)に示す二次側圧力センサ43により検出されるインジェクタ35の出口圧及び図4(k)に示す一次側圧力センサ42により検出されるインジェクタ35の入口圧は下がることになり、インジェクタ35の入口圧の値が、リリーフ弁44の作動圧よりも低い所定の非リリーフ圧(リリーフ弁44の作動圧から作動時の誤差分を引いた圧力)X3まで下がると(t27時点)、制御装置4は、所定の非リリーフ圧低下時間T3が経過するのを待つ(t28時点)。   As described above, the outlet pressure of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 shown in FIG. 4B from the time t26 when the shut-off valve 33 is closed and the exhaust / drain valve 37 is opened. In addition, the inlet pressure of the injector 35 detected by the primary pressure sensor 42 shown in FIG. 4 (k) decreases, and the value of the inlet pressure of the injector 35 is lower than the operating pressure of the relief valve 44. When the pressure falls to X3 (at time t27), the control device 4 waits for a predetermined non-relief pressure drop time T3 to elapse (at time t28). ).

その後、インジェクタ35の出口圧の値が、インジェクタ35の出口圧の通常運転時における正常範囲内でリリーフ弁44の作動圧よりも十分に低い所定の停止処理開始閾値X4まで下がると(t29時点)、所定の停止開始待機時間T4が経過するのを待つ(t30時点)。   Thereafter, when the value of the outlet pressure of the injector 35 falls to a predetermined stop processing start threshold value X4 that is sufficiently lower than the operating pressure of the relief valve 44 within the normal range of the outlet pressure of the injector 35 during normal operation (at time t29). Then, it waits for a predetermined stop start waiting time T4 to elapse (at time t30).

これと同時に(t30時点)、制御装置4は、図4(l)に示すようにシステムをOFFとすることにより、図4(d)に示すようにインジェクタ35の駆動許可をOFFとし、図4(f)に示すように排気排水弁37を閉状態とし、図4(g)に示すようにコンプレッサ24の駆動を停止させて希釈器40における最低酸化オフガス量を0として燃料電池10の運転を完全に停止させる。   At the same time (at time t30), the control device 4 turns off the system as shown in FIG. 4 (l), thereby turning off the drive permission of the injector 35 as shown in FIG. 4 (d). As shown in (f), the exhaust / drain valve 37 is closed, and as shown in FIG. 4 (g), the drive of the compressor 24 is stopped, and the minimum oxidizing off-gas amount in the diluter 40 is set to 0 to operate the fuel cell 10. Stop completely.

なお、上記のように運転が停止された燃料電池システム1では、インジェクタ出口圧上昇異常フラグがONとなっていることより、その後、メンテナンス時等に制御装置4からインジェクタ出口圧上昇異常フラグがONか否かを読み出すことで、開弁異常が生じて燃料電池システム1が停止したという原因履歴が確認可能となり、インジェクタ35の交換あるいは修理という対応を即座に行うことができる。   In the fuel cell system 1 that has been stopped as described above, since the injector outlet pressure increase abnormality flag is ON, the injector outlet pressure increase abnormality flag is turned ON from the control device 4 after maintenance. By reading whether or not, it is possible to confirm the cause history that the fuel cell system 1 has stopped due to the occurrence of valve opening abnormality, and it is possible to immediately take action to replace or repair the injector 35.

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム1によれば、インジェクタ35に例えば異物が噛み込む等して開弁状態のまま閉弁できない開弁異常を生じた場合に、制御装置4がこれを検出して、インジェクタ35に対して開閉駆動制御を複数回繰り返すことになり、これにより、インジェクタ35の弁体には開方向の駆動力と、同方向とは逆の閉方向の駆動力とが繰り返し生じることになる。   According to the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the control device 4 detects this when a valve opening abnormality that cannot be closed while the valve is open due to, for example, foreign matter biting into the injector 35. Thus, the opening / closing drive control for the injector 35 is repeated a plurality of times, whereby the valve body of the injector 35 is repeatedly applied with an opening direction driving force and a closing direction driving force opposite to the same direction. Will occur.

よって、インジェクタ35の弁体に噛み込んだ異物等に噛み込み解除方向の力と、噛み込み方向の力とを交互に与え、この異物を噛み込み位置から外して取り除くことが可能となる。したがって、インジェクタ35の開弁異常を運転中に解除することが可能となる。   Therefore, it is possible to alternately apply a force in the biting release direction and a force in the biting direction to the foreign matter and the like bitten by the valve body of the injector 35 and remove the foreign matter from the biting position. Therefore, the valve opening abnormality of the injector 35 can be canceled during operation.

なお、以上の実施形態においては、排気と排水との双方を実現させる排気排水弁37を循環流路32に設けた例を示したが、気液分離器36で回収した水分を外部に排出する排水弁と、循環流路32内のガスを外部に排出するための排気弁と、を別々に設け、制御装置4で排気弁を制御することもできる。   In the above embodiment, an example in which the exhaust drain valve 37 that realizes both exhaust and drainage is provided in the circulation flow path 32 is shown. However, the moisture recovered by the gas-liquid separator 36 is discharged to the outside. A drain valve and an exhaust valve for discharging the gas in the circulation flow path 32 to the outside can be provided separately, and the exhaust valve can be controlled by the control device 4.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図1に示した燃料電池システムの制御装置の制御態様を説明するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for demonstrating the control aspect of the control apparatus of the fuel cell system shown in FIG. 図1に示した燃料電池システムの開弁異常解除制御を説明するためのタイムチャートである。3 is a time chart for explaining valve opening abnormality canceling control of the fuel cell system shown in FIG. 1. 図1に示した燃料電池システムにおける開弁異常停止制御を説明するためのタイムチャートである。3 is a time chart for explaining valve opening abnormal stop control in the fuel cell system shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、3…水素ガス配管系(燃料供給系)、4…制御装置(制御手段)、10…燃料電池、30…水素タンク(燃料供給源)、31…水素供給流路(燃料供給流路)、32…循環流路、35…インジェクタ(可変ガス供給装置、開閉弁)、37…排気排水弁(排出弁)、38…排出流路、43…二次側圧力センサ、X1…ガス抜き開始閾値(第1閾値)、X2…リトライ開始閾値(第2閾値)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 3 ... Hydrogen gas piping system (fuel supply system), 4 ... Control apparatus (control means), 10 ... Fuel cell, 30 ... Hydrogen tank (fuel supply source), 31 ... Hydrogen supply flow path (fuel) (Supply flow path), 32 ... circulation flow path, 35 ... injector (variable gas supply device, on-off valve), 37 ... exhaust drain valve (discharge valve), 38 ... discharge flow path, 43 ... secondary pressure sensor, X1 ... Degassing start threshold (first threshold), X2... Retry start threshold (second threshold).

Claims (1)

燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池へと流すための供給流路と、前記供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、前記可変ガス供給装置を駆動制御する制御装置と、を備えてなる燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスを前記供給流路に戻すための循環流路と、前記循環流路に排出弁を介して接続された排出流路と、を備え、
前記可変ガス供給装置は、弁体を電磁駆動力により所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させる電磁駆動式の開閉弁であり、
前記制御装置は、運転中に前記可変ガス供給装置が開弁状態から閉弁状態に戻らない開弁異常が検出されると、当該可変ガス供給装置に対して、開弁指令と閉弁指令からなる開閉駆動制御を複数回繰り返し、さらに、前記可変ガス供給装置の出口圧が所定の第1閾値を超えた状態が所定時間継続した場合には、前記排出弁を開弁させることにより前記出口圧を低下させ、当該出口圧が前記第1閾値よりも小さい所定の第2閾値にまで低下した後に、前記開閉駆動制御を複数回繰り返す燃料電池システム。
A fuel cell, a supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and a variable gas supply device that adjusts the gas state upstream of the supply channel and supplies the gas downstream And a fuel cell system comprising a control device for driving and controlling the variable gas supply device,
A circulation flow path for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the supply flow path, and a discharge flow path connected to the circulation flow path via a discharge valve,
The variable gas supply device is an electromagnetically driven on / off valve that drives the valve body at a predetermined driving cycle by an electromagnetic driving force to separate the valve body from the valve seat,
When the valve opening abnormality in which the variable gas supply device does not return from the valve opening state to the valve closing state is detected during operation, the control device performs a valve opening command and a valve closing command to the variable gas supply device. the opening and closing control made to repeat a plurality of times, further, when the state where the outlet pressure of the variable gas supply device exceeds a predetermined first threshold value continues for a predetermined time, said by opening the discharge valve A fuel cell system in which the opening / closing drive control is repeated a plurality of times after the outlet pressure is reduced and the outlet pressure is reduced to a predetermined second threshold value smaller than the first threshold value .
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