JP5297574B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid an inoperable state even when there is abnormality in operation information of a pump device for supplying a reaction gas to a gas passage connected to a fuel cell. <P>SOLUTION: In this fuel cell system adapted to determining an operation status of the fuel cell by detecting a revolution signal of a compressor for supplying an oxidation gas to the fuel cell, when abnormality of communication with the compressor is detected (step S21), the revolution of the compressor is estimated from an air flow rate detected by an air flow sensor (step S23), and the power consumption of the compressor is calculated based on the estimated revolution (step S27). In addition, the variation of a revolution directive value to the compressor is limited below a predetermined value (step S27). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池に接続するガス通路に反応ガスを供給するポンプ装置の作動情報に異常がある場合でも運転不能状態に陥ることを回避することのできる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, and in particular, a fuel cell capable of avoiding an inoperable state even when there is an abnormality in operation information of a pump device that supplies a reaction gas to a gas passage connected to the fuel cell. It is about the system.

例えば特許文献１には、燃料電池システムにおける燃料電池へのエア供給制御について、通常時はエア流量センサによるエア流量検出値を用いてフィードバック制御を行うが、エア流量センサの異常時は目標エア流量となるようにコンプレッサの回転指令を算出してフィードフォワード制御を行う燃料電池システムが開示されている。
特開２００４−０９５２２６号公報 For example, in Patent Document 1, feedback control is performed on air supply control to a fuel cell in a fuel cell system by using an air flow rate detected value by an air flow rate sensor at a normal time. A fuel cell system that calculates the rotation command of the compressor and performs feedforward control is disclosed.
JP 2004-095226 A

しかしながら、コンプレッサと該コンプレッサの回転数信号を検出して燃料電池の運転状態を決定する制御装置との間に通信異常が発生した場合には、制御装置はコンプレッサの回転数情報を取得できず、コンプレッサ（補機）が必要とする電力等の演算を行えなくなるので、燃料電池の運転を停止させざるを得なくなる。また、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、このような通信異常が発生すると、加速要求があるとき等の過渡時への対応ができなくなり、走行不能な状況を招き得る。   However, when a communication abnormality occurs between the compressor and the control device that determines the operating state of the fuel cell by detecting the rotation speed signal of the compressor, the control device cannot acquire the rotation speed information of the compressor, Since it becomes impossible to perform calculations such as electric power required by the compressor (auxiliary machine), the operation of the fuel cell must be stopped. Further, in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system, when such a communication abnormality occurs, it becomes impossible to cope with a transient time such as when there is a request for acceleration, which may lead to a situation where the vehicle cannot travel.

そこで、本発明は、燃料電池に接続するガス通路に反応ガスを供給するポンプ装置の作動情報に異常がある場合でも、運転不能状態に陥ることを回避することのできる燃料電池システムの提供を目的とする。   Therefore, the present invention has an object to provide a fuel cell system capable of avoiding an inoperable state even when there is an abnormality in the operation information of the pump device that supplies the reaction gas to the gas passage connected to the fuel cell. And

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に接続するガス通路に反応ガスを供給する回転式ポンプ装置と、その回転式ポンプ装置の回転数情報を検出する検出装置と、前記回転数情報に基づいて燃料電池の運転状態を設定する制御装置と、を備える燃料電池システムにおいて、前記回転数情報の異常を検出する異常検出装置と、ガス通路に設けられた流量センサ、圧力センサ、温度センサの少なくとも１つと、前記回転数情報の異常を検知したとき前記流量センサ、前記圧力センサ、前記温度センサの少なくとも１つの情報に基づいて前記回転式ポンプ装置の回転状態を推定する推定装置と、を備え、前記回転数情報は前記回転式ポンプ装置に直接設けられたセンサにより検出されるセンサ情報であり、前記制御装置は、前記異常検出装置によって前記回転数情報の異常が一定時間継続して検知されたときは、前記検出装置によって検出された回転数情報に代えて、前記推定装置によって推定された前記回転式ポンプ装置の推定回転状態に基づき、前記燃料電池の運転状態を設定する。回転式ポンプ装置は、スクロールポンプ，ベーンポンプ，ルーツ式ポンプ，ダイヤフラムポンプなど回転機構の動力を利用してガスを圧縮し、二次側に吐出させるものであれば、いずれにも適用可能である。 The fuel cell system of the present invention, a fuel cell, a rotary pump apparatus for supplying a reaction gas to the gas passage connecting the fuel cell, a detection device for detecting the rotational speed information of the rotary pump device, the rotational speed A control device for setting the operating state of the fuel cell based on the information , an abnormality detection device for detecting an abnormality in the rotational speed information , a flow sensor, a pressure sensor, and a temperature provided in the gas passage at least one sensor, the flow sensor when detecting an abnormality of the rotation speed information, the pressure sensor, and estimating device for estimating the rotational state of the rotary pump device based on at least one information of said temperature sensor , wherein the rotational speed information is the sensor information detected by the sensor provided directly to the rotary pump device, said control device, the abnormality Depending out apparatus when the abnormality of the rotation speed information is detected continuously a predetermined time, instead of the rotation speed information detected by the detection device, the estimated rotation estimated by the estimating device the rotary pump device Based on the state, the operating state of the fuel cell is set. The rotary pump device can be applied to any device that compresses gas by using the power of a rotating mechanism such as a scroll pump, vane pump, roots pump, diaphragm pump, etc., and discharges the gas to the secondary side .

このような構成によれば、制御装置が回転式ポンプ装置の回転数情報を取得することができなくても、ガス状態量から推定した回転式ポンプ装置の回転数情報に基づいて、回転式ポンプ装置の消費電力を求めることが可能となる。これにより、運転不能な状態に陥ることも回避可能となる。 According to such a configuration, the control device may not be able to obtain the rotational speed information of the rotary pump device, based on the rotation speed information of the rotary pump device estimated from the gas state quantity, the rotary pump It becomes possible to obtain the power consumption of the apparatus. As a result, it is possible to avoid falling into an inoperable state.

上記の構成において、回転式ポンプ装置の推定回転状態に基づいて設定されるポンプ作動指令値に制限を設けてもよい。例えば、ポンプ作動指令値の変化量を所定値以下に制限する。このようにして制限される変化量は、ポンプ作動指令値の前回値と今回値との差分、あるいは前回値から今回値への変化率である。 In the above configuration, the limit on pump operation command values may be provided that is set based on the estimated rotational state of the rotary pump device. For example, the change amount of the pump operation command value is limited to a predetermined value or less. The amount of change limited in this way is the difference between the previous value and the current value of the pump operation command value, or the rate of change from the previous value to the current value.

このような構成によれば、ポンプ装置の急激な回転上昇が抑制される。なお、ポンプ作動指令値に所定の上限値を設けることとしてもよい。   According to such a configuration, a rapid increase in rotation of the pump device is suppressed. A predetermined upper limit value may be provided for the pump operation command value.

ポンプ装置は、燃料電池のカソード側に接続する酸化ガス通路に設けられたコンプレッサ、または、アノード側に接続する燃料ガス通路に設けられた燃料ガスポンプの少なくとも一方を含む構成でもよい。   The pump device may include at least one of a compressor provided in the oxidizing gas passage connected to the cathode side of the fuel cell and a fuel gas pump provided in the fuel gas passage connected to the anode side.

本発明の燃料電池システムによれば、制御装置がポンプ装置の作動状態を把握することができなくても、推定した作動状態に基づきポンプ装置の消費電力を求めることができるので、運転不能な状態に陥ることがない。   According to the fuel cell system of the present invention, even if the control device cannot grasp the operation state of the pump device, the power consumption of the pump device can be obtained based on the estimated operation state, so that the operation is impossible. There is no falling into.

また、ポンプ装置の急激な回転上昇が抑制されるので、本燃料電池システムを燃料電池車両に適用した場合には、加速要求があるとき等の過渡時においても、退避運転によって車両の走行不能状態を回避することができる。   In addition, since the rapid increase in the rotation of the pump device is suppressed, when this fuel cell system is applied to a fuel cell vehicle, the vehicle cannot run due to the evacuation operation even during a transition such as when there is a request for acceleration. Can be avoided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。以下では、車両等の移動体に搭載する燃料電池システムを例に説明するが、その他据え置き型等の燃料電池システムにも適用可能である。   Hereinafter, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a fuel cell system mounted on a moving body such as a vehicle will be described as an example, but the present invention can also be applied to other stationary fuel cell systems.

図１に示すように、燃料電池システム１は、多数のセルを積層したスタック構造からなる固体高分子電解質型の燃料電池２を備えている。燃料電池２は、酸化ガス（反応ガス）としての空気および燃料ガス（反応ガス）としての水素ガスの供給を受けて電力を発生する。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a solid polymer electrolyte fuel cell 2 having a stack structure in which a large number of cells are stacked. The fuel cell 2 generates power by receiving supply of air as an oxidizing gas (reactive gas) and hydrogen gas as a fuel gas (reactive gas).

燃料電池システム１の酸化ガス供給系３は、燃料電池２のカソード側に接続して空気を燃料電池２に供給する供給配管（ガス通路、酸化ガス通路）１１と、燃料電池２から排出されたカソードオフガスを外部に排出するための排出配管１２と、燃料電池２へのエア流量（ガス状態量）を検出するエア流量センサ（ガス状態量検出装置）４０と、を有している。供給配管１１には、フィルタ１３を介して大気中の空気を取り込むコンプレッサ（ポンプ装置）１４と、コンプレッサ１４により圧送される空気を加湿する加湿器１５とが配設されている。   The oxidizing gas supply system 3 of the fuel cell system 1 is connected to the cathode side of the fuel cell 2 to supply air to the fuel cell 2 (gas passage, oxidizing gas passage) 11 and discharged from the fuel cell 2. A discharge pipe 12 for discharging the cathode off gas to the outside, and an air flow rate sensor (gas state amount detection device) 40 for detecting an air flow rate (gas state amount) to the fuel cell 2 are provided. The supply pipe 11 is provided with a compressor (pump device) 14 that takes in air from the atmosphere via a filter 13 and a humidifier 15 that humidifies the air pressure-fed by the compressor 14.

このコンプレッサ１４は、スクロールポンプ，ベーンポンプ，ルーツ式ポンプ，ダイヤフラムポンプなど回転機構の動力を利用してガスを圧縮し、二次側に吐出させる回転式ポンプ装置である。本燃料電池システムは、このコンプレッサ１４の回転数（作動状態）を検出するセンサ等の検出装置（図示略）を備えている。   The compressor 14 is a rotary pump device that compresses gas using the power of a rotary mechanism such as a scroll pump, vane pump, roots pump, diaphragm pump, etc., and discharges it to the secondary side. The fuel cell system includes a detection device (not shown) such as a sensor that detects the rotation speed (operation state) of the compressor 14.

加湿器１５は、排出配管１２上にも配設されており、圧送される空気とカソードオフガスとの間で水分交換を行う。水分交換後の空気は、供給配管１１を介して燃料電池２に送られ、燃料電池２での発電に供される。排出配管１２は、空気の排出系に設けられた配管であり、加湿器１５と燃料電池２との間の部分に、燃料電池２内の空気の圧力を調整する背圧調整弁１６を配設している。排出配管１２を流れるカソードオフガスは、背圧調整弁１６を通って加湿器１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。   The humidifier 15 is also disposed on the discharge pipe 12 and exchanges moisture between the pressure-fed air and the cathode offgas. The air after the moisture exchange is sent to the fuel cell 2 via the supply pipe 11 and used for power generation in the fuel cell 2. The discharge pipe 12 is a pipe provided in the air discharge system, and a back pressure adjustment valve 16 that adjusts the pressure of the air in the fuel cell 2 is disposed between the humidifier 15 and the fuel cell 2. doing. The cathode off-gas flowing through the discharge pipe 12 passes through the back pressure adjustment valve 16 and is subjected to moisture exchange in the humidifier 15 and is finally exhausted into the atmosphere outside the system as exhaust gas.

燃料電池システム１の燃料ガス供給系４は、高圧の水素ガスを貯蔵した燃料供給源としての高圧タンク２１と、燃料電池２のアノード側に接続して高圧タンク２１の水素ガスを燃料電池２に供給する供給配管（ガス通路、燃料ガス通路）２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（未反応の水素ガス）を供給配管２２に戻すための循環配管２３と、循環配管２３の水素オフガスを供給配管２２に還流させる水素ポンプ２４と、循環配管２３に分岐接続され、下流端が空気系の排出配管１２に接続された排出配管２５と、を有している。   The fuel gas supply system 4 of the fuel cell system 1 includes a high-pressure tank 21 as a fuel supply source that stores high-pressure hydrogen gas, and the hydrogen gas in the high-pressure tank 21 connected to the anode side of the fuel cell 2 to the fuel cell 2. Supply pipe (gas passage, fuel gas passage) 22 to be supplied, a circulation pipe 23 for returning hydrogen off-gas (unreacted hydrogen gas) discharged from the fuel cell 2 to the supply pipe 22, and hydrogen off-gas in the circulation pipe 23 And a discharge pipe 25 connected to the circulation pipe 23 and having a downstream end connected to the air-system discharge pipe 12.

供給配管２２の上流側には、高圧タンク２１からの新たな水素ガスの圧力を調整するレギュレータ２７が介設され、レギュレータ２７の下流側の合流点Ａに循環配管２３が接続されている。合流点Ａで合流した新たな水素ガスと水素オフガスとからなる混合ガスが燃料電池２に供給される。循環配管２３の水素ポンプ２４の下流側には、燃料電池２に再度供給される循環配管２３内の水素オフガスが逆流しないように、逆止め弁２８が介設されている。   A regulator 27 that adjusts the pressure of new hydrogen gas from the high-pressure tank 21 is interposed on the upstream side of the supply pipe 22, and the circulation pipe 23 is connected to the junction A on the downstream side of the regulator 27. A mixed gas composed of new hydrogen gas and hydrogen off-gas merged at the merge point A is supplied to the fuel cell 2. On the downstream side of the hydrogen pump 24 in the circulation pipe 23, a check valve 28 is interposed so that the hydrogen off gas in the circulation pipe 23 supplied again to the fuel cell 2 does not flow backward.

循環配管２３の水素ポンプ２４の上流側には、循環配管２３を流れる水素オフガスから水分を分離させる気液分離器３０が介設されている。循環配管２３を流れる流体には、燃料電池２から排出される水素オフガスと、燃料電池２での電気化学反応によって生成された生成水とが含まれている。気液分離器３０では、この生成水たる水分を水素オフガスから分離させる。気液分離器３０で分離された水素オフガスは水素ポンプ２４によって合流点Ａに達する一方、気液分離器３０で分離された水分は、ドレイン弁３１を介して流体配管３２から空気系の排出配管１２に排出される。   A gas-liquid separator 30 that separates moisture from the hydrogen off-gas flowing through the circulation pipe 23 is interposed on the upstream side of the hydrogen pump 24 in the circulation pipe 23. The fluid flowing through the circulation pipe 23 includes hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2 and generated water generated by an electrochemical reaction in the fuel cell 2. In the gas-liquid separator 30, the water as the generated water is separated from the hydrogen off gas. The hydrogen off-gas separated by the gas-liquid separator 30 reaches the confluence point A by the hydrogen pump 24, while the water separated by the gas-liquid separator 30 is discharged from the fluid pipe 32 through the drain valve 31 to the air system discharge pipe. 12 is discharged.

排出配管２５には、これを開閉するシャットバルブとして機能するパージ弁３３が設けられている。パージ弁３３が燃料電池システム１の稼動時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に排出配管２５を通って、空気系の排出配管１２に排出される。排出配管２５を設けることで、水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素の濃度を上げることができる。   The discharge pipe 25 is provided with a purge valve 33 that functions as a shut valve for opening and closing the pipe. By appropriately opening the purge valve 33 when the fuel cell system 1 is in operation, impurities in the hydrogen off-gas are discharged together with the hydrogen off-gas through the discharge pipe 25 to the air exhaust pipe 12. By providing the discharge pipe 25, the concentration of impurities in the hydrogen offgas can be lowered, and the concentration of hydrogen in the hydrogen offgas circulated can be increased.

燃料電池２が発生した電力は図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットには、車両の駆動モータを駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。   The electric power generated by the fuel cell 2 is supplied to a power control unit (not shown). The power control unit includes an inverter that drives a vehicle drive motor, an inverter that drives various auxiliary devices such as a compressor motor and a hydrogen pump motor, and a motor that charges a secondary battery and motors from the secondary battery. DC-DC converter etc. which supply electric power to are provided.

制御装置（異常検出装置、推定装置）５０は、公知のＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭを主体に構成され、燃料電池システム１の各部のセンサ（アクセルセンサ、車速センサ、圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、この制御情報に基づいて、駆動モータや補機の消費電力等の和からなる要求電力を求め、この要求電力に基づき求めた燃料電池２の目標電力（目標発電量）に出力電力（発電量）を対応させるように、燃料電池２の運転状態を制御（設定）する。   The control device (abnormality detection device, estimation device) 50 is composed mainly of a known CPU, RAM, and ROM, and includes sensors (accelerator sensor, vehicle speed sensor, pressure sensor, temperature sensor, flow sensor, etc.) of each part of the fuel cell system 1. Control information from the output ammeter, output voltmeter, etc.), based on this control information, the required power consisting of the sum of the power consumption of the drive motor and auxiliary equipment is obtained, and the fuel cell 2 obtained based on this required power The operation state of the fuel cell 2 is controlled (set) so that the output power (power generation amount) corresponds to the target power (target power generation amount).

具体的には、上記補機類を駆動するインバータを制御することによって、コンプレッサ１４を駆動するモータの回転数を調整して燃料電池２への空気供給量を調整するとともに、水素ポンプ２４を駆動するモータの回転数を調整して燃料電池２への水素ガス供給量を調整する。   Specifically, by controlling the inverter that drives the auxiliary devices, the rotational speed of the motor that drives the compressor 14 is adjusted to adjust the air supply amount to the fuel cell 2 and the hydrogen pump 24 is driven. The amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell 2 is adjusted by adjusting the rotation speed of the motor.

ところで、制御装置５０とコンプレッサ１４との間に通信異常が発生すると、制御装置５０はコンプレッサ１４の回転数情報（作動情報）を取得できず、駆動モータ消費電力や補機消費電力を求めることができなくなる。そこで、制御装置５０は、かかる通信異常の発生が検知されたときは、エア流量センサ４０によるエア流量検出値からコンプレッサ１４の回転数を推定し、この推定回転数（推定作動状態）に基づき補機消費電力を演算する。   By the way, when a communication abnormality occurs between the control device 50 and the compressor 14, the control device 50 cannot acquire the rotation speed information (operation information) of the compressor 14, and can determine the drive motor power consumption and the auxiliary machine power consumption. become unable. Therefore, when the occurrence of such a communication abnormality is detected, the control device 50 estimates the rotational speed of the compressor 14 from the air flow rate detected value by the air flow sensor 40 and compensates based on this estimated rotational speed (estimated operating state). Calculate machine power consumption.

また、制御装置５０は、加速要求があるとき等の過渡時においても退避運転を行えるように、コンプレッサ１４の急激な回転上昇を抑制すべく、コンプレッサ１４に対する回転数指令値（ポンプ作動指令値）を制限する。例えば、回転数指令値の変化量を所定値以下に制限する。このようにして制限される変化量は、回転数指令値の前回値と今回値との差分、あるいは前回値から今回値への変化率である。   In addition, the control device 50 controls the rotation speed command value (pump operation command value) for the compressor 14 so as to suppress a rapid increase in the rotation of the compressor 14 so that the retraction operation can be performed even during a transition such as when there is an acceleration request. Limit. For example, the amount of change in the rotational speed command value is limited to a predetermined value or less. The amount of change limited in this way is the difference between the previous value and the current value of the rotational speed command value, or the rate of change from the previous value to the current value.

図２及び図３は、制御装置５０が実行するコンプレッサ１４の回転数制御を説明するフローチャートである。   2 and 3 are flowcharts for explaining the rotation speed control of the compressor 14 executed by the control device 50. FIG.

図２は、制御装置５０とコンプレッサ１４との間に通信異常があるかどうかを検知する処理を示しており、例えば所定の時間間隔で実行される。まず、ステップＳ１では、制御装置５０とコンプレッサ１４との間に通信異常が発生しているかどうかを判断する。例えば、制御装置５０がコンプレッサ１４からの回転数信号（作動情報）を取得することができないときに通信異常が発生していると判断される。   FIG. 2 shows a process of detecting whether there is a communication abnormality between the control device 50 and the compressor 14, and is executed at predetermined time intervals, for example. First, in step S <b> 1, it is determined whether a communication abnormality has occurred between the control device 50 and the compressor 14. For example, it is determined that a communication abnormality has occurred when the control device 50 cannot acquire a rotation speed signal (operation information) from the compressor 14.

ステップＳ１の判断結果が「ＹＥＳ」である場合にはステップＳ３に進み、通信異常が一定時間継続しているかを判断する。つまり、ステップＳ１の判断結果が「ＹＥＳ」であっても、直ちに通信異常が発生していると判断されることはなく、最終的な判断はステップＳ３の判断に委ねられる。一方、ステップＳ１の判断結果が「ＮＯ」である場合にはステップＳ１１に進み、通信異常の有無を示す通信異常発生フラグに、通信異常が発生していないことを示す「０」をセットし、処理を終了する。   If the determination result in step S1 is “YES”, the process proceeds to step S3, and it is determined whether the communication abnormality continues for a certain time. That is, even if the determination result in step S1 is “YES”, it is not immediately determined that a communication abnormality has occurred, and the final determination is left to the determination in step S3. On the other hand, if the determination result in step S1 is “NO”, the process proceeds to step S11, and the communication abnormality occurrence flag indicating the presence / absence of communication abnormality is set to “0” indicating that no communication abnormality has occurred, The process ends.

ステップＳ３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、ステップＳ１で検知した通信異常の状態が一定時間継続している場合には、通信異常が発生していると判断し、通信異常発生フラグに通信異常が発生していることを示す「１」をセットし、処理を終了する。他方、ステップＳ３の判断結果が「ＮＯ」の場合には、通信異常が発生していないと判断してステップＳ１１に進み、通信異常の有無を示す通信異常発生フラグに、通信異常が発生していないことを示す「０」をセットし、処理を終了する。   If the determination result in step S3 is “YES”, that is, if the communication abnormality detected in step S1 continues for a certain period of time, it is determined that a communication abnormality has occurred, and the communication abnormality occurrence flag is set. “1” indicating that a communication abnormality has occurred is set, and the process ends. On the other hand, if the determination result in step S3 is “NO”, it is determined that no communication abnormality has occurred and the process proceeds to step S11, where a communication abnormality has occurred in the communication abnormality occurrence flag indicating the presence or absence of the communication abnormality. “0” indicating that there is no data is set, and the process ends.

図３は、図２の処理結果に基づいてコンプレッサ１４に指令する回転数を演算する処理を示しており、例えば所定の時間間隔で実行される。まず、ステップＳ２１では、図２の処理（ステップＳ５、Ｓ１１）で「１」又は「０」がセットされた通信異常発生フラグに「１」がセットされているか、つまり、コンプレッサ１４との間に通信異常が発生しているかどうか、更に言い換えれば、コンプレッサ１４の回転数が不明であるかを判断する。   FIG. 3 shows a process of calculating the rotational speed commanded to the compressor 14 based on the process result of FIG. 2, and is executed at predetermined time intervals, for example. First, in step S21, “1” is set in the communication abnormality occurrence flag in which “1” or “0” is set in the processing of FIG. 2 (steps S5 and S11), that is, between the compressor 14 and It is determined whether a communication abnormality has occurred, in other words, whether the rotational speed of the compressor 14 is unknown.

ステップＳ２１の判断結果が「ＹＥＳ」の場合はステップＳ２３に進み、エア流量センサ４０によるエア流量検出値からコンプレッサ１４の回転数を推定する。続くステップＳ２５では、ステップＳ２３で推定した回転数に基づき補機消費電力を演算する。この推定は、所定の計算式を用いてもよいし、所定のマップを参照して求めてもよい。   If the determination result in step S21 is “YES”, the process proceeds to step S23, and the rotational speed of the compressor 14 is estimated from the air flow rate detected value by the air flow rate sensor 40. In subsequent step S25, the auxiliary machine power consumption is calculated based on the rotational speed estimated in step S23. This estimation may be performed by using a predetermined calculation formula or by referring to a predetermined map.

しかる後、ステップＳ２７において、通信異常時におけるコンプレッサ１４の急激な回転上昇を抑制すべく、コンプレッサ１４への回転数指令値の変化量を所定値以下に制限し、処理を終了する。他方、ステップＳ２１の判断結果が「ＮＯ」の場合はステップＳ３１に進み、コンプレッサ１４の正規回転数に基づき補機消費電力を演算し、処理を終了する。   Thereafter, in step S27, the amount of change in the rotational speed command value to the compressor 14 is limited to a predetermined value or less in order to suppress a sudden increase in the rotational speed of the compressor 14 at the time of communication abnormality, and the process is terminated. On the other hand, if the determination result in step S21 is “NO”, the process proceeds to step S31, the auxiliary machine power consumption is calculated based on the normal rotational speed of the compressor 14, and the process ends.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御装置５０とコンプレッサ１４との間に通信異常が発生し、制御装置５０がコンプレッサ１４の回転数を取得することができない状態（回転数不明の状態）に陥ったとしても、エア流量センサ４０によるエア流量検出値に基づきコンプレッサ１４の回転数を推定しているので、この推定回転数に基づきコンプレッサ１４の消費電力を求めることができる。よって、通信異常発生時においても、燃料電池２の運転を継続することが可能となる。   As described above, according to the fuel cell system 1 of the present embodiment, a communication abnormality occurs between the control device 50 and the compressor 14, and the control device 50 cannot acquire the rotation speed of the compressor 14. Even if it falls into the state in which the rotational speed is unknown, since the rotational speed of the compressor 14 is estimated based on the air flow rate detected value by the air flow sensor 40, the power consumption of the compressor 14 is obtained based on this estimated rotational speed. Can do. Therefore, it is possible to continue the operation of the fuel cell 2 even when communication abnormality occurs.

さらに、通信異常発生時は、コンプレッサ１４への回転数指令値の変化量を所定値以下に制限し、コンプレッサ１４の急激な回転上昇を抑制しているので、加速要求があるとき等の過渡時においても、退避運転によって走行不能状態を回避することができる。
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。例えば、ポンプ装置の「作動情報」とは、ポンプ装置の回転数のほかにポンプ装置の直接的な消費電力など、ポンプ装置に直接設けられたセンサ情報をいう。また、作動情報の「異常」とは、通信異常のほかに、明らかなデータミス（異常値）の値が出力されたとき、センサ異常等を含む。 Further, when a communication abnormality occurs, the amount of change in the rotational speed command value to the compressor 14 is limited to a predetermined value or less, and the rapid increase in the rotational speed of the compressor 14 is suppressed. In this case, the inoperable state can be avoided by the evacuation operation .
Than on, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like without departing from the scope of the present invention It is included in the scope of the present invention. For example, the “operation information” of the pump device refers to sensor information directly provided in the pump device such as the direct power consumption of the pump device in addition to the rotation speed of the pump device. The “abnormality” of the operation information includes a sensor abnormality or the like when a clear data error (abnormal value) value is output in addition to a communication abnormality.

上記実施形態では、ガス状態量検出装置として、エア流量センサ４０を用いた場合について説明したが、ポンプ装置の作動情報を推定することのできるものであれば、エア流量センサ４０によるエア流量検出値に代えて、例えば圧力センサや温度センサ等のような反応ガスの状態を検出することのできるセンサの検出値、あるいは発電状態等のような燃料電池２の運転状態から、ポンプ装置の作動情報を推定してもかまわない。   In the above embodiment, the case where the air flow rate sensor 40 is used as the gas state quantity detection device has been described. However, if the operation information of the pump device can be estimated, the air flow rate detection value by the air flow rate sensor 40 is used. Instead of the operation information of the pump device from the operation value of the fuel cell 2 such as the detection value of the sensor that can detect the state of the reaction gas such as a pressure sensor or the temperature sensor, or the power generation state, for example. You can estimate it.

上記実施形態では、ポンプ装置として、燃料電池２のカソード側に接続する供給配管１１に設けられたコンプレッサ１４を例に説明したが、これに限らず、水素オフガスを供給配管２２に戻す循環配管（燃料ガス循環通路）２３に設けられた水素ポンプ２４への適用も可能である。   In the above-described embodiment, the compressor 14 provided in the supply pipe 11 connected to the cathode side of the fuel cell 2 has been described as an example of the pump device. However, the present invention is not limited to this, and the circulation pipe that returns the hydrogen off-gas to the supply pipe 22 ( Application to a hydrogen pump 24 provided in the fuel gas circulation passage 23 is also possible.

上記実施形態では、燃料電池システム１を車両等の移動体に搭載した場合について説明したが、燃料電池システム１はこれに限るものではない。例えば、燃料電池２を定置用として、燃料電池システム１をコージェネレーション（熱電併給）システムに組み入れることもできる。コージェネレーションシステムについては、商用はもちろんのこと家庭用住居にも導入することができる。   Although the case where the fuel cell system 1 is mounted on a moving body such as a vehicle has been described in the above embodiment, the fuel cell system 1 is not limited to this. For example, the fuel cell system 1 can be incorporated into a cogeneration (cogeneration) system with the fuel cell 2 used for stationary use. The cogeneration system can be introduced not only for commercial use but also for home use.

本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on one embodiment of this invention. 図１に示す制御装置が実行する異常検知処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the abnormality detection process which the control apparatus shown in FIG. 1 performs. 同制御装置が実行するコンプレッサへの指令回転数演算処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the command rotation speed calculation process to the compressor which the control apparatus performs.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、２…燃料電池、１１…供給配管（ガス通路、酸化ガス通路）、１４…コンプレッサ（ポンプ装置）、２２…供給配管（ガス通路、燃料ガス通路）、４０…エア流量センサ（ガス状態量検出装置）、５０…制御装置（異常検出装置、推定装置）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 11 ... Supply piping (gas passage, oxidizing gas passage), 14 ... Compressor (pump device), 22 ... Supply piping (gas passage, fuel gas passage), 40 ... Air flow sensor (Gas state quantity detection device), 50... Control device (abnormality detection device, estimation device)

Claims (3)

燃料電池と、燃料電池に接続するガス通路に反応ガスを供給する回転式ポンプ装置と、その回転式ポンプ装置の回転数情報を検出する検出装置と、前記回転数情報に基づいて燃料電池の運転状態を設定する制御装置と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記回転数情報の異常を検出する異常検出装置と、ガス通路に設けられた流量センサ、圧力センサ、温度センサの少なくとも１つと、前記回転数情報の異常を検知したとき前記流量センサ、前記圧力センサ、前記温度センサの少なくとも１つの情報に基づいて前記回転式ポンプ装置の回転状態を推定する推定装置と、を備え、
前記回転数情報は前記回転式ポンプ装置に直接設けられたセンサにより検出されるセンサ情報であり、
前記制御装置は、前記異常検出装置によって前記回転数情報の異常が一定時間継続して検知されたときは、前記検出装置によって検出された回転数情報に代えて、前記推定装置によって推定された前記回転式ポンプ装置の推定回転状態に基づき、前記燃料電池の運転状態を設定する燃料電池システム。 A fuel cell, a rotary pump apparatus for supplying a reaction gas to the gas passage connecting the fuel cell, a detection device for detecting the rotational speed information of the rotary pump device, operation of the fuel cell on the basis of the rotation speed information A fuel cell system comprising: a control device for setting a state;
At least one, the flow sensor when detecting an abnormality of the rotation speed information of the abnormality detecting apparatus for detecting an abnormality of the rotation speed information, a flow rate sensor provided in the gas passage, a pressure sensor, temperature sensor, the pressure sensor , and an estimation device for estimating the rotational state of the rotary pump device based on at least one information of said temperature sensor,
The rotational speed information is sensor information detected by a sensor provided directly in the rotary pump device,
Wherein the controller, when the abnormality of the rotation speed information by the abnormality detection device is continuously detected a predetermined time, instead of the rotation speed information detected by the detection device, which is estimated by the estimating device the based on the estimated rotational state of the rotary pump, a fuel cell system for setting the operating state of the fuel cell. 前記回転式ポンプ装置の推定回転状態に基づいて設定されるポンプ作動指令値の変化量に制限を設けた請求項１記載の燃料電池システム。 The rotary pump device the fuel cell system of claim 1, wherein in providing the limiting amount of change of pump operation command value that is set based on the estimated rotational state of the. 前記回転式ポンプ装置は、前記燃料電池のカソード側に接続する酸化ガス通路に設けられたコンプレッサ、または、アノード側に接続する燃料ガス通路に設けられた燃料ガスポンプの少なくとも一方を含む請求項１又は２に記載の燃料電池システム。 The rotary pump device includes at least one of a compressor provided in an oxidizing gas passage connected to the cathode side of the fuel cell and a fuel gas pump provided in a fuel gas passage connected to the anode side. 3. The fuel cell system according to 2.
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