JP5348538B2

JP5348538B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5348538B2
Application number: JP2009105925A
Authority: JP
Inventors: 尚久土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: JP2010257731A

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system.

近年、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、燃料電池の発電に伴って発生する燃料オフガスや水分を、排出弁を介して外部に排出するための排出流路が設けられる。 In recent years, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. Such a fuel cell system is provided with a discharge flow path for discharging fuel off gas and moisture generated by power generation of the fuel cell to the outside through a discharge valve.

排出流路に設けられた排出弁は、例えば異物の噛み込みや水分噴射による瞬間的な凍結等により、排出弁が開弁状態から閉弁状態に戻らない開固着を生じることがある。そのため、例えば特許文献１においては、この開固着を、可変ガス供給装置（インジェクタ）に対するガス供給指令量に基づいて検出する技術が提案されている。より具体的には、特許文献１においては、インジェクタに対するガス供給指令量の増加量が所定の閾値を所定時間越えた場合に、開固着が発生していると判断する。 The discharge valve provided in the discharge flow path may be stuck open so that the discharge valve does not return from the open state to the closed state due to, for example, a foreign object biting or instantaneous freezing due to water injection. Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a technique for detecting this open fixation based on a gas supply command amount for a variable gas supply device (injector). More specifically, in Patent Document 1, it is determined that open sticking has occurred when the amount of increase in the gas supply command amount for the injector exceeds a predetermined threshold for a predetermined time.

特開２００８−１１２７０１号公報JP 2008-112701 A

しかしながら、インジェクタに対するガス供給指令量の増加量が、所定の閾値を所定時間越えるのは、排出弁の開弁異常の場合だけではなく、他にも、インジェクタの閉固着や燃料電池システムの他の箇所にガス漏れがある場合などにも起こり得る。従って、上記従来の技術の方法では、インジェクタや燃料電池システムの他の箇所に異常があったとしても、排出弁の異常として同一に扱ってしまうという問題があった。 However, the increase in the gas supply command amount to the injector exceeds the predetermined threshold for a predetermined time not only in the case of abnormal opening of the discharge valve, but also in other cases, such as when the injector is stuck and other fuel cell systems are used. It can also occur when there is a gas leak at a location. Therefore, the above conventional method has a problem that even if there is an abnormality in the injector or other part of the fuel cell system, it is treated as an abnormality of the discharge valve.

そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、排出弁の異常を的確に検知することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of accurately detecting an abnormality of a discharge valve.

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料供給流路と、前記燃料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ガス供給装置と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを、排出弁を介して排出する排出流路と、前記ガス供給装置及び前記排出弁の駆動を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、前記制御装置は、前記ガス供給装置に対する燃料ガス供給指令値と前記燃料電池における燃料ガス消費量の推定値との偏差が、前記排出弁の開閉のタイミングにあわせて変動する場合に、前記排出弁に異常があると判断する燃料電池システムを構成する。 In the present invention, the following means are adopted in order to solve the above-mentioned problems. That is, a fuel cell, a fuel supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell, a gas supply device for adjusting the gas state on the upstream side of the fuel supply channel and supplying it to the downstream side, and the fuel cell A fuel cell system comprising: a discharge flow path for discharging discharged fuel off-gas via a discharge valve; and a control device for controlling driving of the gas supply device and the discharge valve. When the deviation between the fuel gas supply command value for the gas supply device and the estimated value of the fuel gas consumption in the fuel cell fluctuates in accordance with the opening / closing timing of the discharge valve, the discharge valve is abnormal. A fuel cell system is determined.

排出弁の開閉のタイミングにあわせた燃料ガス供給指令値と燃料ガス消費量の推定値との偏差の変動は、排出弁が指令どおりに（推測どおりに）開閉されていない場合すなわち排出弁に異常が生じている場合に生じるから、上記構成により、排出弁の異常を的確に検知できる。 Variation in deviation between the fuel gas supply command value and the estimated value of fuel gas consumption in accordance with the opening / closing timing of the discharge valve is abnormal when the discharge valve is not opened / closed as commanded (as estimated) Therefore, the above configuration can accurately detect the abnormality of the discharge valve.

尚、本明細書において、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度などで表されるガスの状態を意味する。 In the present specification, the “gas state” means a gas state represented by a flow rate, pressure, temperature, molar concentration, or the like.

また、上記構成において、前記偏差が前記排出弁の開閉のタイミングにあわせて変動しない場合に、前記排出弁には異常がないと判断するようにしてもよい。 In the above configuration, when the deviation does not change in accordance with the opening / closing timing of the discharge valve, it may be determined that there is no abnormality in the discharge valve.

燃料ガス供給指令値と燃料ガス消費量の推定値にたとえ偏差が存在していたとしても、この偏差が排出弁の開閉のタイミングにあわせて変動しない場合は、排出弁以外の箇所の異状によるものであるから、上記構成によれば、別の箇所の異常を排出弁の異常とするような誤りが防止できる。すなわち排出弁の異常の有無をより的確に検知できる。尚、「偏差が…開閉のタイミングにあわせて変動しない場合」とは、例えば、偏差の変動と開閉のタイミングとが同期せず、排出弁か開閉しても偏差は一定値を示したままであったり、また例えば、排出弁が開閉とはまったく異なるタイミングで偏差が変動したりすることを示す。 Even if there is a deviation between the fuel gas supply command value and the estimated value of fuel gas consumption, if this deviation does not fluctuate with the opening / closing timing of the discharge valve, it is due to an abnormality in a location other than the discharge valve. Therefore, according to the above configuration, it is possible to prevent an error such that an abnormality in another part is an abnormality of the discharge valve. That is, it is possible to more accurately detect whether or not the discharge valve is abnormal. Note that “when the deviation does not fluctuate with the opening / closing timing” means that, for example, the deviation fluctuation does not synchronize with the opening / closing timing, and the deviation remains constant even when the discharge valve is opened / closed. Or, for example, the deviation varies at a timing completely different from the opening and closing of the discharge valve.

また、上記構成において、前記偏差が前記ガス供給装置の駆動のタイミングにあわせて変動する場合に、前記ガス供給装置に異常があると判断するようにしてもよい。 In the above configuration, when the deviation fluctuates in accordance with the driving timing of the gas supply device, it may be determined that there is an abnormality in the gas supply device.

ガス供給装置の駆動のタイミングにあわせた燃料ガス供給指令値と燃料ガス消費量の推定値との偏差の変動は、ガス供給装置が指令どおりに（推測どおりに）駆動されていない場合すなわち燃料ガス供給装置に異常が生じている場合に生じるから、上記構成により、ガス供給装置の異常を的確に検知できる。 The variation of the deviation between the fuel gas supply command value and the estimated value of the fuel gas consumption in accordance with the driving timing of the gas supply device is caused when the gas supply device is not driven as commanded (as estimated), that is, the fuel gas Since this occurs when an abnormality has occurred in the supply device, the above configuration makes it possible to accurately detect an abnormality in the gas supply device.

また、上記構成において、前記偏差が所定値以上であり、かつ該偏差が前記排出弁の開閉及び前記ガス供給装置の駆動のタイミングにあわせて変動しない場合に、前記燃料電池、前記燃料供給流路または前記排出流路にガス漏れがあると判断するようにしてもよい。 Further, in the above configuration, when the deviation is equal to or greater than a predetermined value and the deviation does not vary in accordance with the timing of opening / closing the exhaust valve and driving the gas supply device, the fuel cell, the fuel supply flow path Alternatively, it may be determined that there is a gas leak in the discharge channel.

燃料ガス供給指令値と燃料ガス消費量の推定値に偏差が存在し、この偏差が排出弁の開閉及びガス供給装置の駆動のタイミングによらず一定である場合は、排出弁及びガス供給装置以外の箇所、すなわち、燃料電池、前記燃料供給流路または前記排出流路でのガス漏れが発生している蓋然性が高いから、上記構成により、こうしたガス漏れを検知できるとともに、上記部位のガス漏れを排出弁やガス供給装置の異常と検知するような誤りも防止できる。 If there is a deviation between the fuel gas supply command value and the estimated value of the fuel gas consumption, and this deviation is constant regardless of the opening / closing timing of the discharge valve and the drive timing of the gas supply device, other than the discharge valve and the gas supply device That is, there is a high probability that gas leaks have occurred in the fuel cell, the fuel supply flow path, or the discharge flow path. It is possible to prevent errors such as detecting an abnormality in the discharge valve or gas supply device.

本発明によれば、排出弁の異常を的確に検知することができる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 detect the abnormality of a discharge valve exactly can be provided.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 同実施形態に係るインジェクタの制御に関する機能ブロック図Functional block diagram related to the control of the injector according to the embodiment 同実施形態に係るシステム異常検知方法を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining a system abnormality detection method according to the embodiment 同実形態に係る排気排水弁に異常がある場合のタイムチャートTime chart when there is an abnormality in the exhaust drain valve 同実施形態に係る排気排水弁以外の箇所に異常がある場合のタイムチャートTime chart when there is an abnormality in a part other than the exhaust drain valve according to the embodiment

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。尚、各図面において、同一の部品には同一の符号を付している。本実施形態においては、車両に搭載される燃料電池システムを例に説明する。もちろん、燃料電池を備えた燃料電池システムは、車両のみならず、例えば、ロボット、船舶、航空機等といった自走式の移動体に搭載することもできるし、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としても用いることが可能である。
（燃料電池システムの全体構成）
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の全体構成について説明する。ここで、図１は、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。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same components. In the present embodiment, a fuel cell system mounted on a vehicle will be described as an example. Of course, a fuel cell system equipped with a fuel cell can be mounted not only on a vehicle but also on a self-propelled moving body such as a robot, a ship, an aircraft, etc., and power generation for a building (house, building, etc.) It can also be used as a stationary power generation system used as equipment.
(Overall configuration of fuel cell system)
First, the overall configuration of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

図１に示すように、燃料電池システム１は反応ガス（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 includes a fuel cell 10 that generates electric power upon receiving supply of reaction gas (oxidation gas and fuel gas), and also supplies the fuel cell 10 with air as an oxidation gas. A gas piping system 2, a hydrogen gas piping system 3 that supplies hydrogen as fuel gas to the fuel cell 10, a control device 4 that integrally controls the entire system, and the like are provided.

燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単セルを所要数積層して構成したスタック構造を有している。単セルはいずれも図示省略したが、イオン交換膜からなる電解質膜と、電解質膜を両面から挟んだ一対のアノードおよびカソードとで構成されている。 The fuel cell 10 has a stack structure in which a required number of unit cells that generate power upon receiving a reaction gas are stacked. The single cell is not shown in the figure, but is composed of an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane and a pair of anode and cathode sandwiching the electrolyte membrane from both sides.

カソードには、酸化ガス配管系２により所定の圧力の酸化ガス（空気）が供給され、アノードには水素ガス配管系３により所定の圧力の水素ガスが供給される。この両ガスの電気化学反応により各単セルの起電力が得られる。 An oxidizing gas (air) having a predetermined pressure is supplied to the cathode through an oxidizing gas piping system 2, and a hydrogen gas having a predetermined pressure is supplied to the anode through a hydrogen gas piping system 3. The electromotive force of each single cell is obtained by the electrochemical reaction of both gases.

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 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に供給する酸化ガス供給流路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に導く酸化ガス排出流路２２と、加湿器２０から希釈器４０を介して外部に酸化オフガスを導くための酸化オフガス排気流路２３と、を備えている。酸化ガス供給流路２１には、大気中の空気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。酸化ガス排出流路２２には、燃料電池１０内の酸化ガスの圧力を検出するためのカソード側圧力センサ２５と、一次圧の変化に応じて酸化オフガスの流量を調整することにより、燃料電池１０内の酸化ガスの圧力を調整する背圧弁２６が配置されている。背圧弁２６は、例えばバタフライ弁で構成される。 The oxidizing gas piping system 2 includes an oxidizing gas supply channel 21 that supplies the oxidizing gas (air) humidified by the humidifier 20 to the fuel cell 10, and an oxidation that guides the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 10 to the humidifier 20. A gas discharge passage 22 and an oxidation off-gas exhaust passage 23 for guiding the oxidation off-gas from the humidifier 20 to the outside through the diluter 40 are provided. The oxidizing gas supply channel 21 is provided with a compressor 24 that takes in air in the atmosphere and pumps it to the humidifier 20. In the oxidizing gas discharge flow path 22, the cathode side pressure sensor 25 for detecting the pressure of the oxidizing gas in the fuel cell 10, and the flow rate of the oxidizing off gas according to the change of the primary pressure are adjusted. A back pressure valve 26 for adjusting the pressure of the oxidizing gas inside is arranged. The back pressure valve 26 is constituted by, for example, a butterfly valve.

水素ガス配管系３は、高圧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に供給する水素供給流路３１（燃料供給流路）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。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。 The hydrogen gas piping system 3 includes a hydrogen tank 30 as a fuel supply source storing high-pressure hydrogen gas, a hydrogen supply channel 31 (fuel supply channel) for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 30 to the fuel cell 10, A circulation flow path 32 for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen supply flow path 31. 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インジェクタ上流側圧力センサ４１及び温度センサ４２が設けられている。また、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Ａ１の上流側には、燃料電池１０内の水素ガスの圧力を検出するためのアノード側圧力センサ４３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. Further, an upstream side pressure sensor 41 and a temperature sensor 42 for detecting the pressure and temperature of hydrogen gas in the hydrogen supply flow path 31 are provided on the upstream side of the injector 35. An anode pressure sensor 43 for detecting the pressure of the hydrogen gas in the fuel cell 10 is located downstream of the injector 35 and upstream of the junction A1 between the hydrogen supply channel 31 and the circulation channel 32. 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。本実施形態においては、図１に示すように、インジェクタ３５の上流側にレギュレータ３４を２個配置することにより、インジェクタ３５の上流側圧力を低減させている。 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. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the upstream pressure of the injector 35 is reduced by arranging two regulators 34 on the upstream side of the injector 35.

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。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段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置４から出力される制御信号によってインジェクタ３５のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、燃料電池１０に供給する水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ３５は、弁体及び弁座を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。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、ガス圧力等）を調整して下流側の燃料電池１０に供給するものであり、本発明におけるガス供給装置の一実施形態である。 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. In this embodiment, the valve body of the injector 35 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and the opening area of the injection hole is made two or more stages by turning on and off the pulsed excitation current supplied to the solenoid. It can be switched. By controlling the gas injection time and gas injection timing of the injector 35 by the control signal output from the control device 4, the flow rate and pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 are controlled with high accuracy. The injector 35 directly opens and closes the valve body and the valve seat with an electromagnetic driving force. Since the driving cycle can be controlled up to a highly responsive region, the injector 35 has high responsiveness. The injector 35 adjusts the gas state (gas flow rate, hydrogen molar concentration, gas pressure, etc.) on the upstream side of the hydrogen supply flow path 31 and supplies it to the fuel cell 10 on the downstream side. It is one Embodiment.

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３７を介して、排気排水流路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（燃料オフガス）と、排気排水流路３８を介して外部に排出（パージ）するものである。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。排気排水弁３７の開放により、循環流路３２内水素オフガスの不純物の濃度が下がり、水素供給流路３１に循環供給される水素オフガスの水素濃度が上がる。循環流路３２は、本発明における排出流路の一実施形態であり、排気排水弁３７は、本発明における排出弁の一実施形態である。 An exhaust / drain channel 38 is connected to the circulation channel 32 via a gas / liquid separator 36 and an exhaust / drain valve 37. The gas-liquid separator 36 collects moisture from the hydrogen off gas. The exhaust drainage 37 is actuated by a command from the control device 4, so that the water collected by the gas-liquid separator 36, the hydrogen offgas (fuel offgas) containing impurities in the circulation channel 32, and the exhaust drainage channel 38. It is discharged (purged) to the outside via the. 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. By opening the exhaust / drain valve 37, the concentration of impurities in the hydrogen off-gas in the circulation channel 32 decreases, and the hydrogen concentration of the hydrogen off-gas circulated and supplied to the hydrogen supply channel 31 increases. The circulation flow path 32 is an embodiment of the discharge flow path in the present invention, and the exhaust drain valve 37 is an embodiment of the discharge valve in the present invention.

希釈器４０は、排気排水弁３７及び排気排水流路３８を介して排出される水素オフガスを、酸化オフガス排気流路２３を介して排出される酸化オフガスによって希釈し、外部に排出するようになっている。 The diluter 40 dilutes the hydrogen off-gas discharged through the exhaust / drain valve 37 and the exhaust / drain passage 38 with the oxidizing off-gas discharged through the oxidation off-gas exhaust passage 23 and discharges the hydrogen off-gas to the outside. ing.

制御装置４は、車両に設けられた加速操作部材（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。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。 The control device 4 detects an operation amount of an acceleration operation member (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. 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、後述するインジェクタ３５の駆動制御や、インジェクタ３５や排気排水弁３７等の異常検知等種々の処理や制御を行う。 The control device 4 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, an input / output interface, a display, and the like. When the CPU reads and executes various control programs recorded in the ROM, drive control of an injector 35 described later is performed. In addition, various processes and controls such as abnormality detection of the injector 35 and the exhaust / drain valve 37 are performed.

（インジェクタの駆動制御）
以下、図２を用いて、制御装置４によるインジェクタ３５の駆動制御機能について詳細に説明する。ここで、図２は、本発明の実施の形態に係るインジェクタ３５の制御に関する機能ブロック図である。 (Injector drive control)
Hereinafter, the drive control function of the injector 35 by the control device 4 will be described in detail with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a functional block diagram relating to the control of the injector 35 according to the embodiment of the present invention.

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における発電により消費される水素ガス消費量Ｑ_FC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の電流値と水素ガス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の演算周期毎に燃料電池１０における水素ガス消費量Ｑ_FCを算出して更新することとしている。 As shown in FIG. 2, the control device 4 uses the hydrogen gas consumed by power generation in 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 consumption Q _FC is calculated (fuel consumption calculation function: B1). In the present embodiment, the hydrogen gas consumption amount Q _FC in the fuel cell 10 is calculated for each calculation cycle of the control device 4 using a specific arithmetic expression representing the relationship between the current value of the fuel cell 10 and the hydrogen gas consumption amount. I am going to update it.

また、制御装置４は、二次側圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５の下流位置の圧力値（検出圧力値）に基づいて、燃料電池１０内の水素ガス流路（アノード側）から電解質膜を介して酸化ガス流路（カソード側）へと透過する水素ガスの量（クロスリーク量Ｑ_CL）を算出する（クロスリーク量算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、インジェクタ３５の下流位置における水素ガスの圧力値とクロスリーク量との関係を表す特定のマップと、二次側圧力センサ４３で検出したインジェクタ３５の下流位置の圧力値（検出圧力値）とを用いてカソード側へリークするクロスリーク量Ｑ_CLを算出している。 Further, the control device 4 removes the electrolyte membrane from the hydrogen gas flow path (anode side) in the fuel cell 10 based on the pressure value (detected pressure value) downstream of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43. The amount of hydrogen gas (cross leak amount Q _CL ) that passes through the oxidizing gas flow path (cathode side) is calculated (cross leak amount calculation function: B2). In the present embodiment, a specific map representing the relationship between the pressure value of the hydrogen gas at the downstream position of the injector 35 and the cross leak amount, and the pressure value (detection of the downstream position of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43). and it calculates the cross leak amount Q _CL which leaks to the cathode side by using a pressure value) and.

また、制御装置４は、循環流路３２から排気排水弁３７を介して排出された水素オフガスの排気量Ｑ_PRを算出する（排気量算出機能：Ｂ３）。本実施の形態においては、インジェクタ３５の下流位置の圧力値（検出圧力値）から推定される循環流路３２内部の水素オフガスの圧力及び排気排水弁３７の開閉時間に基づいて、水素オフガスの排気量Ｑ_PRを算出している。 Further, the control device 4 calculates the exhaust amount Q _PR of the hydrogen off-gas discharged from the circulation channel 32 through the exhaust drain valve 37 (exhaust amount calculation function: B3). In the present embodiment, the hydrogen off-gas exhaust is based on the pressure of the hydrogen off-gas inside the circulation passage 32 estimated from the pressure value (detected pressure value) at the downstream position of the injector 35 and the open / close time of the exhaust drain valve 37. The quantity Q _PR is calculated.

以上の算出結果に基づいて、制御装置４は、燃料電池２における水素ガス消費量の推定値Ｑ_ESを、Ｑ_ES＝Ｑ_FC＋Ｑ_CL＋Ｑ_PRの式により算出する（水素ガス消費量推定機能：Ｂ４）。 Based on the above calculation result, the control device 4 calculates the estimated value Q _ES of the hydrogen gas consumption amount in the fuel cell 2 by the formula Q _ES = Q _FC + Q _CL + Q _PR (hydrogen gas consumption amount estimation function: B4).

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：Ｂ５）。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 hydrogen gas (to the fuel cell 10) at the downstream position of the injector 35 based on the operating state of the fuel cell 10 (current value at the time of power generation of the fuel cell 10 detected by the current sensor 13). (Target gas supply pressure) is calculated (target pressure value calculation function: B5). In the present embodiment, the target at the position 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 pressure value 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下流位置の圧力値（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：Ｂ６）。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である。本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いて、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 pressure value (detected pressure value) at the downstream position of the injector 35 detected by the secondary pressure sensor 43 (feedback correction). Flow rate calculation function: B6). The feedback correction flow rate is a hydrogen gas flow rate that is 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 the PI type feedback control law.

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：Ｂ７）。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: B7). 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：Ｂ８）。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: B8). 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、水素ガス消費量の推定値Ｑ_ESとフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ３５の噴射流量の指令値Ｑ_RQを算出する（噴射流量算出機能：Ｂ９）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量の指令値Ｑ_RQ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：Ｂ１０）。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により駆動周期は一定の値に設定している。 Further, the control device 4 calculates the injection flow rate command value Q _RQ of the injector 35 by adding the estimated hydrogen gas consumption value Q _ES and the feedback correction flow rate (injection flow rate calculation function: B9). 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 command value Q _RQ of the injector 35 by the static flow rate by the drive cycle of the injector 35, and this basic injection. The total injection time of the injector 35 is calculated by adding the time and the invalid injection time (total injection time calculation function: B10). 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送出することにより、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インジェクタ３５を所定の駆動周期で駆動させることにより、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。 Then, the control device 4 controls the gas injection time and the gas injection timing of the injector 35 by sending a control signal for realizing the total injection time of the injector 35 calculated through the above procedure, and controls the injector 35. By driving at a predetermined driving cycle, the flow rate and pressure of hydrogen gas supplied to the fuel cell 10 are adjusted.

さらに、本実施の形態においては、制御装置４は、インジェクタ３５の噴射流量の指令値Ｑ_RQと水素ガス消費量の推定値Ｑ_ESとの偏差Ｑ_IN（Ｑ_IN＝｜Ｑ_RQ−Ｑ_ES｜）及び偏差の変動を監視し、これにより燃料電池システム内の異常を検知するようになっている（システム異常検知機能：Ｃ１）。以下、図３乃至図５を用いて詳細に説明する。 Furthermore, in the present embodiment, the control device 4 determines the deviation Q _IN (Q _IN = | Q _RQ −Q _ES | between the command value Q _RQ of the injection flow rate of the injector 35 and the estimated value Q _ES of the hydrogen gas consumption amount. ) And deviation fluctuations are monitored, thereby detecting an abnormality in the fuel cell system (system abnormality detection function: C1). This will be described in detail below with reference to FIGS.

（システム異常検知フロー）
図３は、本実施形態に係るシステム異常検知フローを説明するためのフローチャートである。以下このフローチャートに沿って説明する。 (System error detection flow)
FIG. 3 is a flowchart for explaining a system abnormality detection flow according to the present embodiment. The following description will be made along this flowchart.

はじめに、制御装置４は、演算周期毎にインジェクタ３５の噴射流量Ｑ_RQと水素ガス消費量の推定値Ｑ_ESとの偏差Ｑ_INを算出し（ステップＳ１）、偏差Ｑ_INが所定の閾値Ｑ_THを越えているか、いないかを判断する（ステップＳ２）。偏差Ｑ_INが所定の閾値Ｑ_THを越えていない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、次の演算周期において再び偏差Ｑ_INを算出する。すなわち、偏差Ｑ_INが所定の閾値Ｑ_THを越えていない間は、演算周期毎に偏差Ｑ_INを算出し、閾値Ｑ_THを越えているかどうかの判定を繰り返すことにより、システム内部の異常を監視するようになっている。 First, the control device 4 calculates a deviation Q _IN between the injection flow rate Q _RQ of the injector 35 and the estimated value Q _ES of the hydrogen gas consumption every calculation cycle (step S1), and the deviation Q _IN is a predetermined threshold value Q _TH. It is determined whether or not it exceeds (step S2). When the deviation Q _IN does not exceed the predetermined threshold value Q _TH (step S2: NO), the process returns to step S1, and the deviation Q _IN is calculated again in the next calculation cycle. In other words, while the deviation Q _IN does not exceed the predetermined threshold value Q _TH , the deviation Q _IN is calculated at every calculation cycle, and it is determined whether or not the threshold value Q _TH is _exceeded , thereby monitoring the internal abnormality of the system. It is supposed to be.

そして、偏差Ｑ_INが所定の閾値Ｑ_THを越えている場合は、システム内部に異常がある可能性が高く、その箇所を特定するために以下のような制御を行う。 When the deviation Q _IN exceeds the predetermined threshold value Q _TH , there is a high possibility that there is an abnormality in the system, and the following control is performed in order to identify the location.

まず、偏差Ｑ_INが所定の閾値Ｑ_THを越えている場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）は、排気排水弁３７に異常がある可能性が高いため、最初に排気排水弁３７に異常があるか否かを検知するための異常検知動作を行う（ステップＳ３）。 First, when the deviation _QIN exceeds the predetermined threshold value _QTH (step S2: YES), there is a high possibility that the exhaust / drain valve 37 is abnormal. An anomaly detection operation is performed to detect this (step S3).

排気排水弁３７の異常検知動作においては、制御装置４は、排気排水弁３７に開弁指令と閉弁指令を所定の期間のあいだ交互に送出し、排気排水弁３７の開閉指令のタイミングにあわせて、偏差Ｑ_INがどのように変動しているかの監視を行う。 In the abnormality detection operation of the exhaust / drain valve 37, the control device 4 alternately sends a valve opening command and a valve closing command to the exhaust / drain valve 37 for a predetermined period, and matches the timing of the opening / closing command of the exhaust / drain valve 37. Thus, how the deviation Q _IN changes is monitored.

これを図４及び図５を使ってより具体的に説明する。ここで、図４は、排気排水弁３７に開弁異常がある場合のタイミングチャートの一例、図５は、排気排水弁３７以外の箇所に異常がある場合のタイミングチャートの一例である。図４及び図５において、（ａ）は排気排水弁３７への開閉指令を示すタイムチャート、（ｂ）は、インジェクタ３５の噴射流量の指令値Ｑ_RQと水素ガス消費量の推定値Ｑ_ESの変動を示すタイムチャート、（ｃ）は、上記Ｑ_RQとＱ_ESとの偏差Ｑ_INの変動を示すタイムチャートである。尚、本実施の形態においては、排気排水弁３７の開閉の周期は、例えば数１０〜数１００ｍｓである。 This will be described more specifically with reference to FIGS. Here, FIG. 4 is an example of a timing chart when the exhaust / drain valve 37 has a valve opening abnormality, and FIG. 5 is an example of a timing chart when there is an abnormality in a portion other than the exhaust / drain valve 37. 4 and FIG. 5, (a) a time chart showing the opening and closing command to the exhaust drainage valve 37, (b) the estimated value Q _ES command value Q _RQ and hydrogen gas consumption of the injection flow rate of the injector 35 time chart showing the variation, (c) is a time chart showing a variation of the deviation Q _iN of the Q _RQ and Q _ES. In the present embodiment, the opening / closing cycle of the exhaust / drain valve 37 is, for example, several tens to several hundreds ms.

排気排水弁３７に開弁異常がある場合は、排気排水弁３７に閉指令がなされても、実際は排気排水弁３７が開いたままの状態であるから、水素ガス消費量の推定値Ｑ_ES算出の前提とする排気排水弁３７状態と実際の状態とが乖離することになる。そのため、図４に示すように、排気排水弁３７への閉指令がなされたときに水素ガス消費量の推定値Ｑ_ESと噴射流量の指令値Ｑ_RQとに誤差が生じて偏差Ｑ_INが大きくなり、例えば、所定の閾値Ｑ_THを越える。一方、排気排水弁３７への開指令がなされたときには、水素ガス消費量の推定値Ｑ_ES算出の前提とする排気排水弁３７状態と実際の状態とに相違はないから、偏差Ｑ_INは小さくなり、例えば、所定の閾値Ｑ_THより小さくなる。 If the exhaust drainage valve 37 has a valve opening abnormality, the exhaust drainage valve 37 is still in an open state even if a command to close the exhaust drainage valve 37 is made, so the hydrogen gas consumption estimated value Q _{ES is} calculated. The state of the exhaust drainage valve 37, which is the premise of the above, deviates from the actual state. Therefore, as shown in FIG. 4, when the close command to the exhaust / drain valve 37 is issued, an error occurs between the estimated value Q _ES of the hydrogen gas consumption and the command value Q _{RQ of the} injection flow rate, and the deviation Q _IN is large. For example, a predetermined threshold value Q _TH is exceeded. On the other hand, when an open command is issued to the exhaust / drain valve 37, there is no difference between the state of the exhaust / drain valve 37, which is a precondition for calculating the estimated value Q _ES of the hydrogen gas consumption, and the actual state, so the deviation Q _IN is small. For example, it becomes smaller than the predetermined threshold value Q _TH .

すなわち、排気排水弁３７に開弁異常がある場合は、排気排水弁３７への開閉指令にあわせて偏差Ｑ_INが閾値Ｑ_THより大きくなったり小さくなったりする。言い換えれば、排気排水弁３７に開弁異常がある場合は、排気排水弁３７への開閉指令と偏差Ｑ_INの変動とが同期する。 That is, when the exhaust drainage valve 37 has a valve opening abnormality, the deviation _QIN becomes larger or smaller than the threshold value _QTH in accordance with the opening / closing command to the exhaust drainage valve 37. In other words, if the water discharge valve 37 is opened abnormality, a variation of the switching command and the deviation Q _IN to the exhaust drainage valve 37 are synchronized.

尚、図４においては、排気排水弁に開弁異常がある場合のタイムチャートを示したが、閉弁異常がある場合も、偏差Ｑ_INの変動特性は反転するものの（排気排水弁３７への開指令にあわせて偏差Ｑ_INが閾値Ｑ_THより大きくなり、閉指令にあわせて偏差Ｑ_INが閾値Ｑ_THより小さくなる）、排気排水弁３７への開閉指令と偏差Ｑ_INの変動とが同期する点では同様である。 In FIG. 4, although the time chart in the case where there is a valve opening defect in water discharge valve, even if there is a closed abnormalities, although the variation characteristic of the deviation Q _IN inverted (to the exhaust drainage valve 37 deviation Q _iN is larger than the threshold value Q _TH in accordance with the opening command, small deviations Q _iN is than the threshold value Q _TH in accordance with the closing command), the switching command and change and synchronization deviation Q _iN to exhaust drainage valve 37 It is the same in the point to do.

一方、図５は、排気排水弁３７には異常がなく、他の箇所に異常がある場合のタイミングチャートである。同図に示すように、排気排水弁３７には異常がない場合は、排気排水弁３７へ開指令がなされようとも閉指令がなされようとも、水素ガス消費量の推定値Ｑ_ES算出の前提とする排気排水弁３７状態と実際の状態とに相違はないから、偏差Ｑ_INは排気排水弁３７への開指令及び閉指令と同期しない値（＞Ｑ_TH）を示す。言い換えれば、排気排水弁３７には異常がない場合は、排気排水弁３７への開閉指令と偏差Ｑ_INの変動とは同期しない。 On the other hand, FIG. 5 is a timing chart in the case where there is no abnormality in the exhaust / drain valve 37 and there is an abnormality in another part. As shown in the figure, when there is no abnormality in the exhaust / drain valve 37, it is assumed that the hydrogen gas consumption estimated value Q _{ES is} calculated regardless of whether the exhaust / drain valve 37 is opened or closed. Since there is no difference between the exhaust drain valve 37 state and the actual state, the deviation Q _IN indicates a value (> Q _TH ) that is not synchronized with the open command and the close command to the exhaust drain valve 37. In other words, if there is no abnormality in the exhaust drainage valve 37, the variation of the switching command and the deviation Q _IN to exhaust drainage valve 37 is not synchronized.

制御装置４は、上記図４と図５を用いて示した偏差Ｑ_INの変動の挙動の違いを利用して、排気排水弁３７に異常の有無を判断する。より具体的には、制御装置４は、排気排水弁３７への開弁指令と閉弁指令を一定期間交互に繰り返し、当該開閉指令のタイミングと偏差Ｑ_INの変動とが同期する場合は、排気排水弁３７に異常があると判断し、同期しない場合は、排気排水弁３７には異常はないと判断する。尚、排気排水弁３７に異常がある場合は、さらに、排気排水弁への開指令の際に偏差Ｑ_INが増大するのか、閉指令の際に偏差Ｑ_INが増大するのかを検出することにより、排気排水弁３７の異常が、開弁異常であるのか、閉弁異常であるのかを判別することができる。 The control device 4 determines the presence or absence of an abnormality in the exhaust / drain valve 37 using the difference in behavior of the deviation Q _IN shown in FIG. 4 and FIG. More specifically, the control unit 4 repeats the opening command and closing command to the exhaust drainage valve 37 for a period of time alternately, if the change and timing and the deviation Q _IN of the switching command to synchronize with the exhaust If it is determined that there is an abnormality in the drain valve 37, and it is not synchronized, it is determined that there is no abnormality in the exhaust drain valve 37. In the case where there is abnormality in the water discharge valve 37 is further whether the deviation Q _IN is increased during the opening command to the water discharge valve, by detecting whether the deviation Q _IN is increased during closing command It is possible to determine whether the abnormality of the exhaust / drain valve 37 is a valve opening abnormality or a valve closing abnormality.

図３に戻って説明を続ける。制御装置４は、排気排水弁３７に異常があると判断した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）は、排気排水弁３７の異常検知動作に引き続き、さらに一定期間排気排水弁３７の開閉を繰り返す、異常回復動作を行う（ステップＳ５）。これにより、例えば排気排水弁３７に異物が噛みこんだ場合等に、異物を排除し排気排水弁３７の異常を回復することができる。尚、ステップＳ３における排気排水弁３７への交互の開閉指令だけでも、異物等の噛みこみを解消できる場合もある。排気排水弁３７の異常回復動作を一定期間繰り返しても異常が回復しない場合（一定期間経過後に偏差Ｑ_IN＞Ｑ_TH）は、制御装置４は、燃料電池システム１を停止させるようにしてもよい。 Returning to FIG. 3, the description will be continued. When the control device 4 determines that the exhaust / drain valve 37 is abnormal (step S4: YES), the abnormality recovery operation is performed by repeating the opening / closing of the exhaust / drain valve 37 for a certain period following the abnormality detection operation of the exhaust / drain valve 37. An operation is performed (step S5). Thereby, for example, when a foreign object is caught in the exhaust / drain valve 37, the foreign object can be eliminated and the abnormality of the exhaust / drain valve 37 can be recovered. In some cases, it is possible to eliminate the biting of foreign matter or the like only by the alternating opening / closing command to the exhaust / drain valve 37 in step S3. If the abnormality does not recover even if the abnormality recovery operation of the exhaust / drain valve 37 is repeated for a certain period (deviation Q _IN > Q _TH after the certain period has elapsed), the control device 4 may stop the fuel cell system 1. .

次に、制御装置４は、排気排水弁３７には異常がないと判断した場合（ステップＳ４：ＮＯ）は、インジェクタ３５に異常がある可能性があるので、インジェクタ３５に異常があるか否かを検知するための異常検知動作を行う（ステップＳ６）。 Next, when the control device 4 determines that there is no abnormality in the exhaust / drain valve 37 (step S4: NO), there is a possibility that the injector 35 may be abnormal. An abnormality detection operation is performed to detect (step S6).

インジェクタ３５の異常検知動作は、排気排水弁３７の異常検知動作と同様に行う。すなわち、制御装置４は、今度はインジェクタ３５への開弁指令と閉弁指令を一定期間交互に繰り返し、当該開閉指令のタイミングと偏差Ｑ_INの変動とが同期する場合は、インジェクタ３５に異常があると判断し、同期しない場合は、インジェクタ３５には異常はないと判断する。ここで、本実施の形態においては、インジェクタ３５の開閉の周期は、例えば数ｍｓである。尚、インジェクタ３５に異常がある場合は、さらに、インジェクタ３５への開指令の際に偏差Ｑ_INが増大するのか、閉指令の際に偏差Ｑ_INが増大するのかを検出することにより、インジェクタ３５の異常が、開弁異常であるのか、閉弁異常であるのかを判別することができる。 The abnormality detection operation of the injector 35 is performed in the same manner as the abnormality detection operation of the exhaust / drain valve 37. That is, the control unit 4 is in turn repeated opening command and closing command to the injector 35 for a period of time alternately, if the change and timing and the deviation Q _IN of the switching command to synchronize with, abnormality in the injector 35 If it is determined that there is no synchronization, it is determined that there is no abnormality in the injector 35. Here, in the present embodiment, the opening / closing cycle of the injector 35 is, for example, several ms. Incidentally, if there is an abnormality in the injector 35, further whether the deviation Q _IN is increased during the opening command to the injector 35, by detecting whether the deviation Q _IN is increased during the closing command, the injector 35 It is possible to determine whether the abnormality is a valve opening abnormality or a valve closing abnormality.

制御装置４は、インジェクタ３５に異常があると判断した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）は、インジェクタ３５の異常検知動作に引き続き、さらに一定期インジェクタ３５の開閉を繰り返す、異常回復動作を行う（ステップＳ８）。これにより、例えばインジェクタ３５に異物が噛みこんだ場合等に、異物を排除しインジェクタ３５の異常を回復することができる。尚、ステップＳ６におけるインジェクタ３５への交互の開閉指令だけでも、異物等の噛みこみを解消できる場合もある。インジェクタ３５の異常回復動作を一定期間繰り返しても異常が回復しない場合（一定期間経過後に偏差Ｑ_IN＞Ｑ_TH）は、制御装置４は、燃料電池システム１を停止させるようにしてもよい。 When it is determined that there is an abnormality in the injector 35 (step S7: YES), the control device 4 performs an abnormality recovery operation that repeats opening and closing of the injector 35 for a period of time following the abnormality detection operation of the injector 35 (step S8). ). Thereby, for example, when a foreign object is caught in the injector 35, the foreign object can be removed and the abnormality of the injector 35 can be recovered. In some cases, it is possible to eliminate the biting of foreign matter or the like only by the alternating opening / closing command to the injector 35 in step S6. If the abnormality is not recovered by repeating the abnormality recovery operation of the injector 35 for a certain period (deviation Q _IN > Q _TH after a certain period has elapsed), the control device 4 may stop the fuel cell system 1.

制御装置４は、インジェクタ３５には異常がないと判断した場合（ステップＳ８：ＮＯ）は、インジェクタ３５から排気排水弁３７までの流路（水素供給流路３１、燃料電池１０、循環流路３２等）においてガス漏れがあると判断して、安全のために燃料電池システム１全体を停止させる（ステップＳ９）。 When the control device 4 determines that there is no abnormality in the injector 35 (step S8: NO), the flow path from the injector 35 to the exhaust drain valve 37 (hydrogen supply flow path 31, fuel cell 10, circulation flow path 32). Etc.), the entire fuel cell system 1 is stopped for safety (step S9).

以上説明したように、本実施の形態においては、偏差Ｑ_INの大きさのみならず、排気排水弁３７やインジェクタ３５の開閉指令のタイミングにあわせて偏差Ｑ_INがどのように変動しているかの監視を行うことにより、排気排水弁３７に異常があるのか、インジェクタ３５に異常があるのか、またはインジェクタ３５から排気排水弁３７までの流路に異常があるのかといった異常個所の特定が可能になり、より正確かつ精緻な異常検知が実現できる。 As described above, in this embodiment, the deviation Q _IN not only the size, whether the deviation Q _IN in accordance with the timing of the opening and closing command of the exhaust drainage valve 37 and the injector 35 is how varied By performing monitoring, it becomes possible to identify an abnormal part such as whether there is an abnormality in the exhaust / drain valve 37, an abnormality in the injector 35, or an abnormality in the flow path from the injector 35 to the exhaust / drain valve 37. More accurate and precise abnormality detection can be realized.

（変形例）
以上本発明の実施形態を示したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な態様での実施が可能である。 (Modification)
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

例えば、本実施の形態においては、異常が起きる可能性の高さに鑑みて、排気排水弁３７の異常検知動作をインジェクタ３５の異常検知動作より先に行っているが、この順番を逆にしてもよい。すなわち、比較的駆動周期の短い（数ｍｓ）インジェクタ３５の異常検知動作を先に行った上で、駆動周囲の長い（数１０から数１００ｍｓ）排気排水弁３７の異常検知動作を行うようにしてもよい。また、排気排水弁３７、インジェクタ３５駆動周期がそれぞれ異なっていることから異常検知動作を同時に行い、偏差Ｑ_INが排気排水弁３７の開閉タイミングに同期するのか、インジェクタ３５の開閉タイミングに同期するのかを同時に監視することも可能である。 For example, in the present embodiment, the abnormality detection operation of the exhaust / drain valve 37 is performed prior to the abnormality detection operation of the injector 35 in view of the high possibility of abnormality, but this order is reversed. Also good. That is, the abnormality detection operation of the injector 35 having a relatively short driving cycle (several ms) is performed first, and then the abnormality detection operation of the exhaust drainage valve 37 having a long driving periphery (several tens to several hundreds of milliseconds) is performed. Also good. Further, since the exhaust drain valve 37 and the injector 35 have different drive cycles, the abnormality detection operation is performed simultaneously, and whether the deviation Q _IN is synchronized with the opening / closing timing of the exhaust drain valve 37 or the opening / closing timing of the injector 35. Can be monitored simultaneously.

また、本実施の形態における燃料電池システム１の構成も適宜変更可能であることはいうまでもない。例えば、本発明におけるガス供給装置としてインジェクタ３５を採用した例を示したが、上流側のガス状態を調整して下流側に供給する弁装置であればよく、インジェクタ３５に限られるものではない。また例えば、本発明の排気弁として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２３に設けた例を示したが、気液分離器で回収した水分を外部に排出する排水弁は別に設けてもよい。 Needless to say, the configuration of the fuel cell system 1 in the present embodiment can also be changed as appropriate. For example, although the example which employ | adopted the injector 35 as the gas supply apparatus in this invention was shown, it should just be a valve apparatus which adjusts the gas state of an upstream and supplies it downstream, and is not restricted to the injector 35. In addition, for example, an exhaust drain valve 37 that realizes both exhaust and drain as the exhaust valve of the present invention is shown in the circulation flow path 23. However, the drain that discharges the water collected by the gas-liquid separator to the outside. A valve may be provided separately.

１……燃料電池システム、２……酸化ガス配管系、３……水素ガス配管系、４……制御装置、１０……燃料電池、１１……ＰＣＵ、１２……トランクションモータ、１３……電流センサ、２０……加湿器、２１……酸化ガス供給流路、２２……酸化ガス排出流路、２３……酸化オフガス排気流路、２４……コンプレッサ、２５……カソード側圧力センサ、２６……背圧弁、２７……ステップモータ、３０……水素タンク、３１……水素供給流路（燃料ガス供給流路）、３２……循環流路（排出流路）、３３……遮断弁、３４……レギュレータ、３５……インジェクタ（ガス供給装置）、３６……気液分離器、３７……排気排水弁、３８……排気排水流路、３９……水素ポンプ、４０……希釈器、４１……インジェクタ上流側圧力センサ、４２……温度センサ、４３……アノード側圧力センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Oxidation gas piping system, 3 ... Hydrogen gas piping system, 4 ... Control device, 10 ... Fuel cell, 11 ... PCU, 12 ... Traction motor, 13 ... Current sensor 20... Humidifier 21. Oxidizing gas supply channel 22. Oxidizing gas discharge channel 23. Oxidizing off-gas exhaust channel 24. Compressor 25. Cathode side pressure sensor 26 …… Back pressure valve, 27 …… Step motor, 30 …… hydrogen tank, 31 …… hydrogen supply flow path (fuel gas supply flow path), 32 …… circulation flow path (discharge flow path), 33 …… shutoff valve, 34 ... Regulator, 35 ... Injector (gas supply device), 36 ... Gas-liquid separator, 37 ... Exhaust drain valve, 38 ... Exhaust drain channel, 39 ... Hydrogen pump, 40 ... Diluent, 41 …… Injector upstream pressure sensor, 42 ... temperature sensor, 43 ...... anode side pressure sensor

Claims

A fuel cell, and a fuel supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell;
A gas supply device that adjusts the gas state on the upstream side of the fuel supply flow path and supplies the gas state to the downstream side;
A discharge flow path for discharging the fuel off-gas discharged from the fuel cell via a discharge valve;
A control device for controlling the driving of the gas supply device and the discharge valve,
The control device has a deviation between a fuel gas supply command value for the gas supply device and an estimated value of fuel gas consumption in the fuel cell equal to or greater than a predetermined value, and the deviation matches the opening / closing timing of the discharge valve. It is judged that there is an abnormality in the discharge valve ,
The fuel gas supply command value is calculated from a deviation between the estimated value of the fuel gas consumption and the target pressure value of the fuel cell calculated based on the operating state of the fuel cell and the detected pressure value of the fuel gas. Is a value calculated based on the feedback correction flow rate,
The estimated value of the fuel gas consumption amount is based on the fuel gas consumption amount calculated based on the operating state of the fuel cell, the fuel gas cross leak amount in the fuel cell, and the flow rate of the fuel off gas. A fuel cell system that is a calculated value .

2. The exhaust valve according to claim 1, wherein when the deviation between a fuel gas supply command value for the gas supply device and an estimated value of fuel gas consumption in the fuel cell is less than a predetermined value, it is determined that the exhaust valve is normal. Fuel cell system.

The deviation between the fuel gas supply command value for the gas supply device and the estimated value of the fuel gas consumption in the fuel cell is not less than a predetermined value, and the deviation fluctuates in accordance with the drive timing of the gas supply device Determining that there is an abnormality in the gas supply device ,
The gas supply device is an electromagnetically driven on-off valve, and the control device controls the gas injection time and gas injection timing of the gas supply device to drive the gas supply device at a predetermined drive cycle. 3. The fuel cell system according to 2.

The deviation between the fuel gas supply command value for the gas supply device and the estimated value of the fuel gas consumption in the fuel cell is not less than a predetermined value, and the deviation is the timing of opening / closing the exhaust valve and driving the gas supply device 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein when there is no fluctuation in accordance with the fuel cell system, it is determined that there is a gas leak in the fuel cell, the fuel supply channel or the discharge channel.