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JP5891863B2 - Fuel gas supply device - Google Patents

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JP5891863B2 JP2012056131A JP2012056131A JP5891863B2 JP 5891863 B2 JP5891863 B2 JP 5891863B2 JP 2012056131 A JP2012056131 A JP 2012056131A JP 2012056131 A JP2012056131 A JP 2012056131A JP 5891863 B2 JP5891863 B2 JP 5891863B2
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Description

本発明は、燃料電池に燃料としての水素を供給するための燃料供給装置に関する。   The present invention relates to a fuel supply device for supplying hydrogen as a fuel to a fuel cell.

燃料電池で発電した電力を用いて走行する車両では、タンク内に高圧の状態で貯蔵した水素を、調圧弁を用いて減圧して燃料電池に供給している。一般的に、水素タンク内の水素残量を圧力センサの検出値から算出し、圧力センサの検出値が所定値まで下がったら水素残量がなくなったものとして、システムを停止する構成になっている。   In a vehicle that travels using electric power generated by a fuel cell, hydrogen stored in a tank at a high pressure is decompressed using a pressure regulating valve and supplied to the fuel cell. Generally, the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank is calculated from the detected value of the pressure sensor, and when the detected value of the pressure sensor falls to a predetermined value, the system is stopped assuming that the remaining amount of hydrogen is exhausted. .

ところで、水素タンク内圧力を検出するための圧力センサとしては、コストとの兼ね合いもあり、誤差範囲が検出可能範囲(フルスケール)の3%程度の大きさのものを用いることが多い。例えば、車両用として一般に用いられる70[MPa]用水素タンク内圧力を検出する圧力センサとして、フルスケールが100[MPa]を超えるものを用いると、±4[MPa]程度の誤差が生じることになる。   By the way, as a pressure sensor for detecting the pressure in the hydrogen tank, there is a trade-off between cost and a sensor having an error range of about 3% of the detectable range (full scale) is often used. For example, if a pressure sensor that detects a pressure in a hydrogen tank for 70 [MPa] that is generally used for vehicles has a full scale exceeding 100 [MPa], an error of about ± 4 [MPa] is generated. Become.

誤差が±4[MPa]の場合には、圧力センサの検出値が4[MPa]まで低下したら、水素タンク内圧が0[MPa]になっている可能性があるため、システムを停止する必要がある。しかし、実際にはまだ走行可能な水素がタンク内に残っている場合もある。すなわち、圧力センサの誤差範囲が大きくなるほど、システム停止時に水素タンク内に残っている水素量(以下、無効残量という)が多くなり、車両の航続可能距離が短くなってしまう。   When the error is ± 4 [MPa], if the detected value of the pressure sensor decreases to 4 [MPa], the hydrogen tank internal pressure may be 0 [MPa], so the system needs to be stopped. is there. However, in practice, hydrogen that can still travel may remain in the tank. That is, as the error range of the pressure sensor increases, the amount of hydrogen remaining in the hydrogen tank when the system is stopped (hereinafter referred to as an invalid remaining amount) increases, and the cruising distance of the vehicle becomes shorter.

水素タンク内圧力の検出精度の向上を図る構成として、特許文献1には水素タンクと調圧弁との間に設けた上流側圧力センサの検出値を、調圧弁の下流側に設けた下流側圧力センサの検出値に基づいて補正する構成が記載されている。より具体的には、システムの起動時やアイドルストップ時等に、調圧弁の上流側圧力と下流側圧力を均一にして、上流側圧力センサと下流側圧力センサの検出値の偏差を算出しておき、その偏差に基づいて上流側圧力センサの検出値を補正する構成となっている。   As a configuration for improving the detection accuracy of the pressure in the hydrogen tank, Patent Document 1 discloses that the detected value of the upstream pressure sensor provided between the hydrogen tank and the pressure regulating valve is the downstream pressure provided on the downstream side of the pressure regulating valve. A configuration for correcting based on the detection value of the sensor is described. More specifically, at the time of system startup or idle stop, the upstream pressure and downstream pressure of the pressure regulating valve are made uniform, and the deviation between the detected values of the upstream pressure sensor and downstream pressure sensor is calculated. The detection value of the upstream pressure sensor is corrected based on the deviation.

特開2006−140132号公報JP 2006-140132 A

しかしながら、特許文献1の構成でも水素タンク内の圧力を圧力センサにより検出することには変わりはない。したがって、システムを停止するか否かの境界となるような低圧領域では、圧力センサの誤差の影響が大きくなり、水素タンク内の無効残量を十分に減少させることは難しい。   However, even in the configuration of Patent Document 1, the pressure in the hydrogen tank is detected by the pressure sensor. Therefore, in the low pressure region that becomes the boundary of whether or not to stop the system, the influence of the error of the pressure sensor becomes large, and it is difficult to sufficiently reduce the invalid remaining amount in the hydrogen tank.

そこで、本発明では水素タンク内の圧力をより高精度で検出し、水素タンク内の無効残量を減少させることができる燃料供給装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel supply device that can detect the pressure in the hydrogen tank with higher accuracy and reduce the ineffective remaining amount in the hydrogen tank.

本発明の燃料ガス供給装置は、燃料ガスと酸化剤ガスによって発電する燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置である。そして、燃料ガスを蓄える燃料タンクと、燃料タンクと燃料電池スタックとを接続する燃料ガス通路と、燃料ガス通路に設けられ燃料ガスの供給量を制御する制御弁とを有する。また、制御弁よりも下流側の燃料ガスの圧力を推定する下流側圧力推定手段と、制御弁の制御電流を検出する電流検出手段と、検出した制御電流および推定した下流側圧力に基づいて制御弁よりも上流側の燃料ガスの圧力を検出する第1圧力検出手段を有するコントローラと、を備える。   The fuel gas supply apparatus of the present invention is a fuel gas supply apparatus that supplies fuel gas to a fuel cell stack that generates power using fuel gas and oxidant gas. And it has a fuel tank which stores fuel gas, a fuel gas passage which connects a fuel tank and a fuel cell stack, and a control valve which is provided in the fuel gas passage and controls the supply amount of fuel gas. Further, the downstream pressure estimating means for estimating the pressure of the fuel gas downstream from the control valve, the current detecting means for detecting the control current of the control valve, and the control based on the detected control current and the estimated downstream pressure. And a controller having first pressure detection means for detecting the pressure of the fuel gas upstream of the valve.

本発明によれば、制御弁より上流側の燃料ガスの圧力、つまり水素タンク内の圧力を、制御弁の制御電流および制御弁より下流側の圧力に基づいて検出するので、圧力センサで検出するよりも高精度で検出することができる。その結果、水素タンク内がより低圧になるまでシステムを稼働させることができ、水素タンク内の無効残量を減少させることができる。   According to the present invention, the pressure of the fuel gas upstream of the control valve, that is, the pressure in the hydrogen tank is detected based on the control current of the control valve and the pressure downstream of the control valve. Can be detected with higher accuracy. As a result, the system can be operated until the pressure in the hydrogen tank becomes lower, and the ineffective remaining amount in the hydrogen tank can be reduced.

第1実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。It is a lineblock diagram of the fuel supply system concerning a 1st embodiment. 流量調整弁の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a flow regulating valve. 1次ポートの圧力に対する制御電流の特性図である。It is a characteristic view of the control current with respect to the pressure of a primary port. 水素が一定の速度で減少する場合の圧力センサ検出値の特性図である。It is a characteristic view of a pressure sensor detection value when hydrogen decreases at a constant rate. 図4Aの一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of FIG. 4A. 制御電流に基づく上流側圧力推定値及び圧力センサによる上流側圧力検出値の誤差範囲を示す図である。It is a figure which shows the error range of the upstream pressure estimated value based on control current, and the upstream pressure detection value by a pressure sensor. 第1実施形態においてコントローラ6が実行する上流側圧力検出用の制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine for the upstream pressure detection which the controller 6 performs in 1st Embodiment. 制御電流に対する上流側圧力の特性図である。It is a characteristic view of the upstream pressure with respect to the control current. 第2実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel supply system which concerns on 2nd Embodiment. 燃料電池スタックの発電量に対する下流側圧力の特性図である。It is a characteristic view of the downstream pressure with respect to the electric power generation amount of a fuel cell stack. 第3実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel supply system which concerns on 3rd Embodiment. 車速に対する燃料電池スタックの発電量の特性図である。It is a characteristic view of the electric power generation amount of the fuel cell stack with respect to the vehicle speed. 第4実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel supply system which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態においてコントローラ6が実行する上流側圧力検出用の制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine for the upstream pressure detection which the controller 6 performs in 4th Embodiment.

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る燃料電池用の燃料供給システム100の構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel supply system 100 for a fuel cell according to the first embodiment.

燃料供給システム100は、燃料電池スタック1に水素を供給するシステムであって、水素タンク2と、水素供給通路3と、流量調整弁4と、下流側圧力センサ7と、コントローラ6と、を備える。   The fuel supply system 100 is a system that supplies hydrogen to the fuel cell stack 1, and includes a hydrogen tank 2, a hydrogen supply passage 3, a flow rate adjustment valve 4, a downstream pressure sensor 7, and a controller 6. .

水素タンク2は、水素供給通路3の上流側に設けられる。水素タンク2は、燃料電池スタック1に供給する水素を、例えば70[MPa]の高圧状態で貯蔵する。水素タンク2は、水素供給通路3との連通状態を制御する開閉弁5を備える。開閉弁5は電磁的に作動し、電源オフ時に水素タンク2と水素供給通路3との連通を遮断する。   The hydrogen tank 2 is provided on the upstream side of the hydrogen supply passage 3. The hydrogen tank 2 stores the hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 in a high pressure state of, for example, 70 [MPa]. The hydrogen tank 2 includes an on-off valve 5 that controls the communication state with the hydrogen supply passage 3. The on-off valve 5 is electromagnetically operated and shuts off the communication between the hydrogen tank 2 and the hydrogen supply passage 3 when the power is off.

流量調整弁4は、電磁的に作動し、水素タンク2から燃料電池スタック1に供給される水素量を調整し、単位セルの燃料極における水素圧力を制御する。   The flow rate adjustment valve 4 operates electromagnetically, adjusts the amount of hydrogen supplied from the hydrogen tank 2 to the fuel cell stack 1, and controls the hydrogen pressure at the fuel electrode of the unit cell.

水素供給通路3は、流量調整弁4より水素タンク2側(以下、これを上流側とする)が高圧配管3A、流量調整弁4より燃料電池スタック1側(以下、これを下流側とする)が低圧配管3Bで形成される。   In the hydrogen supply passage 3, the hydrogen tank 2 side (hereinafter referred to as the upstream side) from the flow rate adjustment valve 4 is the high-pressure pipe 3 </ b> A, and the fuel cell stack 1 side from the flow rate adjustment valve 4 (hereinafter referred to as the downstream side). Is formed by the low-pressure pipe 3B.

コントローラ6は、燃料供給システム100を含む燃料電池システム全体を制御する装置であり、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。本実施形態では、コントローラ6の、高圧配管3A内の圧力(以下、上流側圧力という)を検出する機能を中心に説明する。   The controller 6 is a device that controls the entire fuel cell system including the fuel supply system 100, and includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). ). In the present embodiment, the function of detecting the pressure in the high-pressure pipe 3A (hereinafter referred to as upstream pressure) of the controller 6 will be mainly described.

コントローラ6には、低圧配管3B内の圧力(以下、下流側圧力という)を検出する下流側圧力センサ7及び流量調整弁4の制御電流を検出する電流センサ8の信号が入力される。下流側圧力センサ7からの信号はコントローラ6の下流側圧力検出部6Aに、流量調整弁4の制御電流値はコントローラ6の電流検出部6Bに、それぞれ入力される。   The controller 6 receives signals from the downstream pressure sensor 7 that detects the pressure in the low-pressure pipe 3B (hereinafter referred to as downstream pressure) and the current sensor 8 that detects the control current of the flow rate adjustment valve 4. A signal from the downstream pressure sensor 7 is input to the downstream pressure detection unit 6A of the controller 6, and a control current value of the flow rate adjusting valve 4 is input to the current detection unit 6B of the controller 6.

ここで流量調整弁4について説明する。   Here, the flow rate adjusting valve 4 will be described.

図2は流量調整弁4の一例を示す概略構成図である。流量調整弁4は、公知の電磁式制御弁、例えば特開2002−295712に開示されているものと同様の構成である。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of the flow rate adjusting valve 4. The flow rate adjusting valve 4 has a configuration similar to that of a known electromagnetic control valve, for example, disclosed in JP-A-2002-295712.

流量調整弁4のハウジング10には、1次ポート11、弁室18、通路16、2次ポート12、均圧通路17、バネ室19、弁ポート20が形成されている。   A primary port 11, a valve chamber 18, a passage 16, a secondary port 12, a pressure equalizing passage 17, a spring chamber 19, and a valve port 20 are formed in the housing 10 of the flow rate adjusting valve 4.

弁室18は、1次ポート11を介して外部と連通しており、また、通路16及び2次ポート12を介して外部と連通している。   The valve chamber 18 communicates with the outside through the primary port 11 and communicates with the outside through the passage 16 and the secondary port 12.

均圧通路17は通路16が分岐したもので、通路16とバネ室19とを連通している。   The pressure equalizing passage 17 is a branch of the passage 16 and connects the passage 16 and the spring chamber 19.

1次ポート11には高圧配管3Aが、2次ポート12には低圧配管3Bが、それぞれ接続される。   The primary port 11 is connected to the high pressure pipe 3A, and the secondary port 12 is connected to the low pressure pipe 3B.

弁室18の内部には、弁室18と通路16との連通状態を制御するための弁体13が配置されている。弁体13は、通路16の弁室18側端部に設けられたテーパ状の弁座16Aに沿うテーパ部を有する。   Inside the valve chamber 18, a valve body 13 for controlling the communication state between the valve chamber 18 and the passage 16 is arranged. The valve body 13 has a tapered portion along a tapered valve seat 16 </ b> A provided at the end of the passage 16 on the valve chamber 18 side.

弁体13には、シャフト14が一体に形成されており、シャフト14が弁ポート20内を進退可能に配置されている。シャフト14は電磁ソレノイド装置22のプランジャロッドを兼ねており、電磁ソレノイド装置22に通電される電流の大きさに応じて図中左右方向に移動し、電源オフ時には弁体13のテーパ面と弁座16Aとが密着して、弁室18と通路16の連通を遮断する。   A shaft 14 is formed integrally with the valve body 13, and the shaft 14 is disposed so as to be able to advance and retract within the valve port 20. The shaft 14 also serves as a plunger rod of the electromagnetic solenoid device 22, and moves in the left-right direction in the figure according to the magnitude of current supplied to the electromagnetic solenoid device 22. When the power is off, the tapered surface of the valve element 13 and the valve seat are moved. The valve chamber 18 and the passage 16 are blocked from communicating with each other.

バネ室19にはバネ15が配置されている。バネ15の弾性力は、弁体13を通路16側方向へ押圧するように作用する。   A spring 15 is disposed in the spring chamber 19. The elastic force of the spring 15 acts so as to press the valve body 13 toward the passage 16 side.

バネ室19と弁室18は、中心部をシャフト14が貫通し外縁部がハウジング10に気密接続されるダイアフラムシール21により気密分離されている。   The spring chamber 19 and the valve chamber 18 are hermetically separated by a diaphragm seal 21 in which the shaft 14 passes through the center portion and the outer edge portion is hermetically connected to the housing 10.

ダイアフラムシール21には、弁室18とバネ室19の差圧が作用し、差圧が作用する部分の面積は有効受圧径により定まる。一方、弁体13にも弁室18とバネ室19の差圧が作用し、その面積は弁座16Aの有効受圧径により定まる。これらダイアフラムシール21の有効受圧径と弁座16Aの有効受圧径は等しい寸法に設定する。この設定により、1次ポート11の圧力と2次ポート12の圧力との差圧により弁体13に作用する力と、同じくダイアフラムシール21に作用する力とが相殺される。その結果、弁体13の開閉に対する1次ポート11の圧力と2次ポート12の圧力との差圧の影響がなくなる。   A differential pressure between the valve chamber 18 and the spring chamber 19 acts on the diaphragm seal 21, and the area of the portion where the differential pressure acts is determined by the effective pressure receiving diameter. On the other hand, the differential pressure between the valve chamber 18 and the spring chamber 19 also acts on the valve body 13, and the area is determined by the effective pressure receiving diameter of the valve seat 16A. The effective pressure receiving diameter of the diaphragm seal 21 and the effective pressure receiving diameter of the valve seat 16A are set to the same size. With this setting, the force acting on the valve body 13 due to the differential pressure between the pressure of the primary port 11 and the pressure of the secondary port 12 cancels out the force acting on the diaphragm seal 21. As a result, the influence of the differential pressure between the pressure of the primary port 11 and the pressure of the secondary port 12 on the opening and closing of the valve body 13 is eliminated.

上記のような構成によれば、弁体13が開くと、高圧配管3Aから1次ポート11を介して弁室18に流入した水素は、通路16及び2次ポート12を介して低圧配管3Bへと流れる。低圧配管3Bへの流量は、弁体13と弁座16Aとの位置関係により定まり、その位置関係は弁体13を移動させるための電磁力、つまり通電する電流(以下、制御電流という)により定まる。   According to the above configuration, when the valve body 13 is opened, the hydrogen flowing into the valve chamber 18 from the high pressure pipe 3A via the primary port 11 passes to the low pressure pipe 3B via the passage 16 and the secondary port 12. And flow. The flow rate to the low-pressure pipe 3B is determined by the positional relationship between the valve body 13 and the valve seat 16A, and the positional relationship is determined by the electromagnetic force for moving the valve body 13, that is, the energized current (hereinafter referred to as control current). .

弁体13を開弁方向、つまり図2中で左方向に動かすために必要な制御電流と、1次ポート11の圧力には、図3に示すような関係がある。   There is a relationship as shown in FIG. 3 between the control current required to move the valve body 13 in the valve opening direction, that is, the left direction in FIG. 2 and the pressure of the primary port 11.

図3は、縦軸が制御電流の大きさ、横軸が1次ポート11の圧力である。図中のEMAXは、弁体13を燃料電池スタック1が要求する最大ガス量を流すことができる位置まで動かすために必要な電流を示す。図中のEMINは、弁体13を動かすのに最低限必要な電流値、つまり、弁座16Aに着座している弁体13を、弁座16Aから離すのに必要な電流値を示す。   In FIG. 3, the vertical axis represents the magnitude of the control current, and the horizontal axis represents the pressure of the primary port 11. EMAX in the figure indicates a current necessary for moving the valve body 13 to a position where the maximum gas amount required by the fuel cell stack 1 can flow. EMIN in the figure indicates the minimum current value required to move the valve body 13, that is, the current value required to separate the valve body 13 seated on the valve seat 16A from the valve seat 16A.

図3に示すように、電流値EMAX及び電流値EMINは、1次ポート11の圧力がP1以下の領域では圧力の変化に応じて変化するが、P1より高い領域では1次ポート11の圧力が変化しても殆ど変化しない。これは、上述したように1次ポート11の圧力と2次ポート12の圧力の差圧の影響を排除したためである。   As shown in FIG. 3, the current value EMAX and the current value EMIN change according to the pressure change in the region where the pressure of the primary port 11 is P1 or less, but in the region higher than P1, the pressure of the primary port 11 is Even if it changes, it hardly changes. This is because the influence of the differential pressure between the pressure of the primary port 11 and the pressure of the secondary port 12 is eliminated as described above.

なお、圧力P1は、例えば満充填で70[MPa]のタンクの場合には5[MPa]程度である。   The pressure P1 is, for example, about 5 [MPa] in the case of a fully filled tank of 70 [MPa].

ところで、水素タンク2の内圧を圧力センサで検出する場合、一般的には、フルスケールの3%程度の誤差を有するものが用いられる。例えば、フルスケールが100[MPa]を超えるようなものを用いると、±4[MPa]程度の誤差が生じることになる。この誤差は、図4Aに示すように、水素タンク2が満充填の状態から空の状態まで一定である。図4Aは、水素タンク2が満充填から空になるまで、水素が一定の速度で減少する場合の圧力センサ検出値について示した図である。縦軸が水素タンク内圧力、横軸が時間を示す。また、図中の実線は圧力センサ検出値、破線は圧力センサ検出値に対する誤差範囲を示す。   By the way, when the internal pressure of the hydrogen tank 2 is detected by a pressure sensor, one having an error of about 3% of full scale is generally used. For example, when the full scale exceeds 100 [MPa], an error of about ± 4 [MPa] occurs. As shown in FIG. 4A, this error is constant from a fully filled hydrogen tank 2 to an empty state. FIG. 4A is a diagram showing pressure sensor detection values when hydrogen decreases at a constant rate until the hydrogen tank 2 is fully filled to empty. The vertical axis represents the hydrogen tank pressure, and the horizontal axis represents time. In the figure, a solid line indicates a pressure sensor detection value, and a broken line indicates an error range with respect to the pressure sensor detection value.

図4Bは図4Aの丸で囲んだ部分の拡大図である。なお、ここでは誤差範囲を±4[MPa]としている。   4B is an enlarged view of a circled portion of FIG. 4A. Here, the error range is set to ± 4 [MPa].

圧力センサ検出値が4[MPa]の場合、圧力センサの誤差範囲を考慮すると、実際の水素タンク内圧力はゼロ[MPa]、つまりタンクが空になっている可能性があるので、システムを停止する必要がある。しかし、実際にはまだ8[MPa]である可能性もある。このように、水素タンク2が空になったと判断してシステムを停止したときに水素タンク2内に無効残量が存在する可能性がある。   When the pressure sensor detection value is 4 [MPa], considering the error range of the pressure sensor, the actual hydrogen tank pressure is zero [MPa], that is, the tank may be empty. There is a need to. However, in reality, it may still be 8 [MPa]. Thus, when it is determined that the hydrogen tank 2 is empty and the system is stopped, there is a possibility that an invalid remaining amount exists in the hydrogen tank 2.

水素タンク内圧力の検出精度が悪くなるほど無効残量が多くなり、同一容量の水素タンク2での航続可能距離が短くなる。検出精度の高い圧力センサを用いれば無効残量を減らすことはできるが、コストアップを招くことになる。   The ineffective remaining amount increases as the detection accuracy of the hydrogen tank pressure decreases, and the cruising distance in the hydrogen tank 2 having the same capacity decreases. If a pressure sensor with high detection accuracy is used, the remaining amount of invalidity can be reduced, but this leads to an increase in cost.

図5は図4Aと同様に水素が一定の速度で減少する場合の、流量調整弁4の制御電流に基づいて推定した水素タンク2の圧力と、誤差範囲がフルスケールの3%である圧力センサで検出した水素タンク2の圧力との関係を示す図である。図4Aと同様に、縦軸は圧力、横軸は時間を示す。また、2本の実線は制御電流に基づく圧力推定値の最大値と最小値を、一点鎖線は圧力センサ検出値を、2本の破線は圧力センサ検出値の誤差範囲での最大値と最小値を、それぞれ示す。   FIG. 5 shows the pressure of the hydrogen tank 2 estimated based on the control current of the flow rate adjusting valve 4 and the error range of 3% of full scale when hydrogen decreases at a constant rate as in FIG. 4A. It is a figure which shows the relationship with the pressure of the hydrogen tank 2 detected by (1). As in FIG. 4A, the vertical axis represents pressure, and the horizontal axis represents time. The two solid lines indicate the maximum and minimum pressure estimation values based on the control current, the one-dot chain line indicates the pressure sensor detection value, and the two dashed lines indicate the maximum and minimum values in the error range of the pressure sensor detection value. Are shown respectively.

図5に示すように、タイミングt1を超えると、圧力センサ検出値より制御電流に基づく推定値の方が、誤差範囲が狭くなる。タイミングt1より前は、制御電流に基づく推定値の方が圧力センサ検出値より誤差範囲が広いが、この領域では、システムを停止するか否かの判断が必要ない程度の水素が残っているので、誤差範囲の違いが無効残量に与える影響は小さい。   As shown in FIG. 5, when the timing t1 is exceeded, the error value is narrower for the estimated value based on the control current than for the pressure sensor detection value. Before the timing t1, the estimated value based on the control current has a wider error range than the pressure sensor detection value, but in this region, hydrogen remains to the extent that it is not necessary to determine whether or not to stop the system. The influence of the difference in error range on the remaining amount of invalidity is small.

すなわち、流量調整弁4の制御電流に基づいて水素タンク2内の水素量を推定すれば、特に水素タンク2内の水素量が少ない領域においては、圧力センサを使用するよりも高精度で水素タンク2内の水素量を推定することができるので、無効残量を低減することができる。   That is, if the amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 is estimated based on the control current of the flow regulating valve 4, the hydrogen tank is more accurate than using a pressure sensor, particularly in a region where the amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 is small. Since the amount of hydrogen in 2 can be estimated, the remaining amount of invalidity can be reduced.

そこで、本実施形態では、水素タンク2内の水素量を、流量調整弁4の制御電流に基づいて推定する。以下、水素タンク2内の水素量推定制御について説明する。   Therefore, in the present embodiment, the amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 is estimated based on the control current of the flow rate adjustment valve 4. Hereinafter, the hydrogen amount estimation control in the hydrogen tank 2 will be described.

図6は、コントローラ6が実行する、流量調整弁4の制御電流に基づいて水素タンク2内の水素量を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば10ミリ秒程度の周期で繰り返し実行する。   FIG. 6 is a flowchart showing a control routine executed by the controller 6 for estimating the amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 based on the control current of the flow rate adjusting valve 4. This routine is repeatedly executed at a cycle of, for example, about 10 milliseconds.

ステップS100で、コントローラ6の下流側圧力検出部6Aは、下流側圧力センサ7の検出値を読み込む。下流側圧力センサ7を用いることで、下流側圧力を簡単に検出することができる。   In step S100, the downstream pressure detector 6A of the controller 6 reads the detection value of the downstream pressure sensor 7. By using the downstream pressure sensor 7, the downstream pressure can be easily detected.

ステップS110で、コントローラ6の電流検出部6Bは、電流センサ8の検出信号を読み込み、これを制御電流に変換する。そして、燃料電池スタック1の発電開始時または発電中であって、下流側圧力が所定の目標値に到達するまでの期間中における制御電流の最大値を読み込む。なお、下流側圧力の所定の目標値は、車両の走行状態や運転者からの要求等に応じてコントローラ6で設定するものである。   In step S110, the current detector 6B of the controller 6 reads the detection signal of the current sensor 8 and converts it into a control current. Then, the maximum value of the control current is read when the fuel cell stack 1 starts generating power or during power generation and the downstream pressure reaches a predetermined target value. The predetermined target value of the downstream pressure is set by the controller 6 according to the traveling state of the vehicle, the request from the driver, and the like.

ここで、最大値を読み込む理由について図3を参照して説明する。制御電流が同一であれば、当該制御電流が電流値EMAXに相当する場合の方が、電流値EMINに相当する場合よりも1次ポート圧、つまり水素タンク2の圧力が低い。燃料電池システムの発電を停止するか否かを判断するにあたっては、水素タンク2の圧力が低い値となる方を選択すれば、水素タンク2から水素を供給できなくなった状態で燃料電池システムを運転し続けることを回避できる。そこで、本実施形態では最大値を読み込むこととする。   Here, the reason for reading the maximum value will be described with reference to FIG. If the control current is the same, the primary port pressure, that is, the pressure in the hydrogen tank 2 is lower when the control current corresponds to the current value EMAX than when the control current corresponds to the current value EMIN. When deciding whether or not to stop the power generation of the fuel cell system, if the pressure of the hydrogen tank 2 is selected to be lower, the fuel cell system is operated in a state where hydrogen cannot be supplied from the hydrogen tank 2 You can avoid continuing. Therefore, in this embodiment, the maximum value is read.

ステップS120で、コントローラ6の特性マップ選択部6Cは、下流側圧力に基づいて、水素タンク2内の圧力、つまり上流側圧力と制御電流との関係を示す特性マップを選択する。特性マップ選択部6Cは、下流側圧力の目標値毎に作成した特性マップを有しており、これらの中から、下流側圧力の検出値に対応する特性マップを選択する。目標値毎に特性マップを作成しておくのは、下流側圧力が異なれば上流側圧力との差圧も異なることとなり、流量調整弁4の制御電流と上流側圧力との関係も異なるからである。   In step S120, the characteristic map selection unit 6C of the controller 6 selects a characteristic map indicating the pressure in the hydrogen tank 2, that is, the relationship between the upstream pressure and the control current, based on the downstream pressure. The characteristic map selection unit 6C has a characteristic map created for each target value of the downstream pressure, and selects a characteristic map corresponding to the detected value of the downstream pressure from these. The characteristic map is created for each target value because, if the downstream pressure is different, the differential pressure from the upstream pressure is also different, and the relationship between the control current of the flow regulating valve 4 and the upstream pressure is also different. is there.

特性マップの一例を図7に示す。図7は、縦軸が上流側圧力、横軸が制御電流を示す。   An example of the characteristic map is shown in FIG. In FIG. 7, the vertical axis represents the upstream pressure, and the horizontal axis represents the control current.

ステップS130で、コントローラ6の上流側圧力検出部6Dは、ステップS120で選択した特性マップを用いて、ステップS110で検出した制御電流に対応する上流側圧力を算出し、これを上流側圧力の推定値とする。例えば、図7のマップを用いる場合には、制御電流の最大値E1に対応する上流側圧力はP1となるので、上流側圧力推定値はP1となる。このようにして推定した上流側圧力推定値は、水素タンク2の水素量が少なくなるほど圧力センサの検出値よりも誤差範囲が狭くなるので、無効残量を低減することができる。   In step S130, the upstream pressure detector 6D of the controller 6 calculates the upstream pressure corresponding to the control current detected in step S110 using the characteristic map selected in step S120, and estimates the upstream pressure. Value. For example, when the map of FIG. 7 is used, since the upstream pressure corresponding to the maximum value E1 of the control current is P1, the upstream pressure estimated value is P1. The upstream pressure estimated value estimated in this way has a narrower error range than the detected value of the pressure sensor as the amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 decreases, so that the ineffective remaining amount can be reduced.

上流側圧力推定値がゼロになった場合には、コントローラ6は燃料電池システムを停止する。なお、上流側圧力推定値がゼロになる制御電流値、例えば図7の場合には電流値E2、を予め求めておき、ステップS110で検出した電流値がこれを下回っている場合には直ちに燃料電池システムを停止するようにしてもよい。また、上流側圧力推定値が所定値、例えばP1以下になったら運転者に警告を発するようにしてもよい。   When the upstream pressure estimated value becomes zero, the controller 6 stops the fuel cell system. It should be noted that a control current value at which the upstream pressure estimated value becomes zero, for example, the current value E2 in the case of FIG. 7, is obtained in advance, and if the current value detected in step S110 is lower than this, the fuel immediately The battery system may be stopped. Further, a warning may be issued to the driver when the upstream pressure estimated value becomes a predetermined value, for example, P1 or less.

また、ステップS110で、下流側圧力が所定の目標値に維持されている間の制御電流の平均値または変化率を読み込むようにしてもよい。   In step S110, the average value or rate of change of the control current while the downstream pressure is maintained at a predetermined target value may be read.

下流側圧力を所定の目標値まで変化させる場合に、制御電流は、下流側圧力が変化し始めるタイミングでオーバーシュート気味に最大値となり、その後、最大値より低い値で推移するという傾向がある。したがって、高速道路を一定車速で走行する場合のように、下流側圧力が一定に維持される時間が長くなるほど、制御電流の平均値は実際の下流側圧力に応じた値に近づき、水素タンク2内の水素量をより正確に検出することができる。残りの水素量の検出精度が高まれば、水素タンク2内に残っている水素での航続可能距離をより正確に推定できる。   When the downstream pressure is changed to a predetermined target value, the control current tends to have a maximum value overshooting at a timing when the downstream pressure starts to change, and then changes at a value lower than the maximum value. Accordingly, the average value of the control current approaches the value corresponding to the actual downstream pressure as the time during which the downstream pressure is maintained constant as in the case of traveling on the highway at a constant vehicle speed, and the hydrogen tank 2 The amount of hydrogen in the inside can be detected more accurately. If the detection accuracy of the remaining amount of hydrogen increases, the cruising distance with hydrogen remaining in the hydrogen tank 2 can be estimated more accurately.

高速道路では一般道に比べて燃料補給所が設置されている場所の間隔が広がるため、直ちに燃料補給が必要なのか、または次の燃料補給所まで走行可能なのかを判断するうえで、航続可能距離の推定精度が重要になる。一方、制御電流の平均値を用いて水素タンク2内の水素量を推定する方法は、高速道路を走行する場合のように一定車速での走行時間が長くなるほど、検出精度が高まる。すなわち、制御電流の平均値を用いる推定は、高速道路等を走行する場合に適した推定方法である。   Since the interval between places where refueling stations are installed on the expressway is wider than ordinary roads, it is possible to continue to determine whether refueling is necessary immediately or whether it is possible to travel to the next refueling station Distance estimation accuracy is important. On the other hand, in the method of estimating the amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 using the average value of the control current, the detection accuracy increases as the traveling time at a constant vehicle speed increases as in traveling on a highway. That is, the estimation using the average value of the control current is an estimation method suitable for traveling on a highway or the like.

以上のように、第1実施形態によれば次の効果が得られる。   As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.

(1)燃料供給システム100は、電流センサ8により検出した制御電流および下流側圧力センサ7の検出値に基づいて上流側圧力を検出する検出手段6A−6D(第1検出手段)を含むコントローラ6を備えるので、水素タンク2内の水素残量を圧力センサで検出するよりも高精度で検出することができる。   (1) The fuel supply system 100 includes a controller 6 including detection means 6A-6D (first detection means) for detecting the upstream pressure based on the control current detected by the current sensor 8 and the detection value of the downstream pressure sensor 7. Therefore, it is possible to detect the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 with higher accuracy than that detected by the pressure sensor.

(2)コントローラ6は、下流側圧力が所定の目標値に到達するまでの期間中に検出した制御電流の最大値を用いて上流側圧力を検出する。つまり、水素タンク2の圧力がより低い値となる制御電流値を用いて上流側圧力を検出するので、水素タンク2から水素を供給できなくなった状態で燃料電池システムを運転し続けることを回避できる。   (2) The controller 6 detects the upstream pressure using the maximum value of the control current detected during the period until the downstream pressure reaches the predetermined target value. That is, since the upstream pressure is detected using the control current value at which the pressure of the hydrogen tank 2 becomes lower, it is possible to avoid continuing to operate the fuel cell system in a state where hydrogen cannot be supplied from the hydrogen tank 2. .

(第2実施形態)
本実施形態は、燃料電池スタック1が一定出力で発電している状態で、上流側圧力を推定するものである。第1実施形態とは、下流側圧力の検出方法が異なるだけなので、下流側圧力の検出方法を中心に説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the upstream pressure is estimated in a state where the fuel cell stack 1 is generating power at a constant output. Since only the downstream pressure detection method is different from the first embodiment, the description will focus on the downstream pressure detection method.

コントローラ6が実行する上流側圧力を推定するための制御ルーチンは、図6のステップS100における下流側圧力の検出方法が異なること以外は、図6と同様である。   The control routine for estimating the upstream pressure executed by the controller 6 is the same as that in FIG. 6 except that the downstream pressure detection method in step S100 in FIG. 6 is different.

図8は第2実施形態に係る燃料電池用の燃料供給システム100の構成図である。   FIG. 8 is a configuration diagram of a fuel supply system 100 for a fuel cell according to the second embodiment.

図8に示すように、本実施形態では下流側圧力センサ7を備えず、下流側圧力検出部6Aには、燃料電池スタック1の発電量が入力される。   As shown in FIG. 8, in this embodiment, the downstream pressure sensor 7 is not provided, and the power generation amount of the fuel cell stack 1 is input to the downstream pressure detector 6A.

電流検出部6Bは、入力された電流センサ8の信号に基づいて、燃料電池スタック1が一定出力で発電している間の、流量調整弁4の制御電流の平均値を算出する。   The current detection unit 6B calculates the average value of the control current of the flow rate adjustment valve 4 while the fuel cell stack 1 is generating power at a constant output, based on the signal of the input current sensor 8.

下流側圧力検出部6Aは、燃料電池スタック1の発電量と下流側圧力との関係を示すマップを有しており、このマップと入力された発電量とから下流側圧力を算出する。マップの一例を図9に示す。図9の縦軸は下流側圧力、横軸は発電量であり、発電量が大きくなるほど下流側圧力の目標値も大きくなっている。   The downstream pressure detection unit 6A has a map showing the relationship between the power generation amount of the fuel cell stack 1 and the downstream pressure, and calculates the downstream pressure from this map and the input power generation amount. An example of the map is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 9 is the downstream pressure, and the horizontal axis is the power generation amount. The larger the power generation amount, the larger the target value of the downstream pressure.

燃料電池スタック1が一定出力で発電している場合、つまり発電量が一定に維持されている場合には、下流側圧力は当該発電量を実現するために設定された目標値に維持される。したがって、下流側圧力検出部6Aがマップ検索により算出した下流側圧力は、下流側圧力の目標値ということになる。そこで、図6のステップS120に相当するステップにおいて、特性マップ選択部6Cは、ここで算出した下流側圧力に応じて特性マップを選択する。   When the fuel cell stack 1 generates power at a constant output, that is, when the power generation amount is maintained constant, the downstream pressure is maintained at a target value set to realize the power generation amount. Therefore, the downstream pressure calculated by the downstream pressure detection unit 6A through the map search is a target value of the downstream pressure. Therefore, in a step corresponding to step S120 in FIG. 6, the characteristic map selection unit 6C selects a characteristic map according to the downstream pressure calculated here.

上述したように、燃料電池スタック1の発電量が一定に維持される場合には、下流側圧力センサ7を用いることなく下流側圧力を検出することが可能となる。車両は、高速道路等を走行する場合を除くと、一定速度で走行する状況より加速又は減速をしている状況の方が、発生頻度が高い。したがって、燃料電池システムを車両の駆動源として用いる場合には、発電量が一定に維持される状況より発電量が変化する状況の方が、発生頻度が高くなる。しかし、例えば家庭用電源のように定置状態で使用される場合には、発電量が一定に維持される状況の方が変化する状況より発生頻度が高くなるので、下流側圧力センサ7を用いることなく上流側圧力を推定できる本実施形態は特に有効である。   As described above, when the power generation amount of the fuel cell stack 1 is kept constant, the downstream pressure can be detected without using the downstream pressure sensor 7. Except when traveling on a highway or the like, a vehicle is more frequently generated in a situation where it is accelerating or decelerating than a situation where it travels at a constant speed. Therefore, when the fuel cell system is used as a vehicle drive source, the frequency of occurrence is higher in the situation where the power generation amount changes than in the situation where the power generation amount is maintained constant. However, when used in a stationary state, for example, a household power supply, the frequency of occurrence is higher in a situation where the amount of power generation is maintained constant than in a situation where it changes, so the downstream pressure sensor 7 should be used. This embodiment that can estimate the upstream pressure without any problem is particularly effective.

なお、下流側圧力センサ7による下流側圧力の検出と、発電量に基づく下流側圧力の推定の両方を行うようにしてもよい。具体的には、下流側圧力センサ7の検出値と発電量に基づく下流側圧力の推定値を比較し、その差を例えば車両起動毎や停止毎のように定期的に確認し、コントローラ6に記憶する。そして、その差が所定閾値以上になった場合に、前回確認時における検出値及び推定値と比較することで、下流側圧力センサ7の検出値異常なのか、燃料電池スタック1の出力低下なのかを切り分ける。   Note that both the detection of the downstream pressure by the downstream pressure sensor 7 and the estimation of the downstream pressure based on the power generation amount may be performed. Specifically, the detected value of the downstream pressure sensor 7 is compared with the estimated value of the downstream pressure based on the power generation amount, and the difference is periodically confirmed, for example, every time the vehicle is started or stopped, Remember. If the difference is equal to or greater than a predetermined threshold value, whether the detection value of the downstream pressure sensor 7 is abnormal or the output of the fuel cell stack 1 is reduced by comparing with the detection value and the estimated value at the previous confirmation. Carve out

下流側圧力センサ7の検出値異常の場合には、燃料電池スタック1の発電量に基づく推定値を用いて流量調整弁4を制御する。燃料電池スタック1の出力低下の場合には、下流側圧力センサ7の検出値を用いて流量調整弁4を制御する。   When the detected value of the downstream pressure sensor 7 is abnormal, the flow rate adjustment valve 4 is controlled using an estimated value based on the power generation amount of the fuel cell stack 1. When the output of the fuel cell stack 1 is reduced, the flow rate adjustment valve 4 is controlled using the detection value of the downstream pressure sensor 7.

このように下流側圧力センサ7による検出値と、発電量に基づく推定値の2つをもつことで、いずれか一方に不具合が生じても他方の値を用いて制御を継続することが可能となるので、1つの検出値のみで制御する場合に比べて検出精度が向上する。   Thus, by having two values of the detection value by the downstream pressure sensor 7 and the estimated value based on the power generation amount, it is possible to continue the control using the other value even if one of the problems occurs. Therefore, the detection accuracy is improved as compared with the case where the control is performed with only one detection value.

以上のように、本実施形態によれば第1実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the following effects are further obtained.

(3)下流側圧力検出部6Aは、燃料電池スタック1の状態、具体的には発電量に基づいて下流側圧力を検出するので、下流側圧力センサ7を用いることなく下流側圧力を検出することができる。特に、定置用燃料電池スタックのように、一定の発電量で運転される機会が多い場合には有用である。   (3) Since the downstream pressure detection unit 6A detects the downstream pressure based on the state of the fuel cell stack 1, specifically, the amount of power generation, it detects the downstream pressure without using the downstream pressure sensor 7. be able to. This is particularly useful when there are many opportunities to operate with a constant power generation amount, such as a stationary fuel cell stack.

(第3実施形態)
本実施形態は、燃料電池システムを駆動源とする車両が一定車速で走行している状態で、上流側圧力を推定するものである。第1実施形態、第2実施形態とは下流側圧力の検出方法が異なるだけなので、下流側圧力の検出方法を中心に説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, the upstream pressure is estimated in a state where a vehicle using a fuel cell system as a drive source is traveling at a constant vehicle speed. Since only the downstream pressure detection method is different from the first embodiment and the second embodiment, the description will focus on the downstream pressure detection method.

なお、電流検出部6Bは、車両が一定車速で走行している間の、流量調整弁4の制御電流の平均値を算出する。   The current detector 6B calculates an average value of the control current of the flow rate adjustment valve 4 while the vehicle is traveling at a constant vehicle speed.

図10は、燃料電池システムを駆動源とする車両に搭載した、燃料供給システム100の構成図である。   FIG. 10 is a configuration diagram of a fuel supply system 100 mounted on a vehicle using the fuel cell system as a drive source.

図10に示すように、燃料供給システム100は基本的には図8と同様の構成であるが、下流側圧力検出部6Aに燃料電池スタック1の発電量ではなく、車速センサ30の信号が入力される点が相違する。   As shown in FIG. 10, the fuel supply system 100 basically has the same configuration as that in FIG. 8, but the downstream pressure detection unit 6 </ b> A receives not the power generation amount of the fuel cell stack 1 but the signal of the vehicle speed sensor 30. Is different.

車両が一定速度で走行している場合には、燃料電池スタック1の発電量も走行状態に基づいて設定された目標値に維持されて一定とみなすことができる。そして、燃料電池スタック1の発電量が一定の場合には、下流側圧力も一定であるとみなすことができる。すなわち、車速が一定の場合には下流側圧力も一定であるとみなすことができる。そこで、本実施形態では、以下に説明するようにして上流側圧力を推定する。   When the vehicle is traveling at a constant speed, the power generation amount of the fuel cell stack 1 is also maintained at a target value set based on the traveling state and can be regarded as constant. When the power generation amount of the fuel cell stack 1 is constant, it can be considered that the downstream pressure is also constant. That is, when the vehicle speed is constant, it can be considered that the downstream pressure is also constant. Therefore, in the present embodiment, the upstream pressure is estimated as described below.

下流側圧力検出部6Aは、車速と燃料電池スタック1の発電量との関係を示すマップを有しており、このマップと入力された車速とから燃料電池スタック1の発電量を算出する。マップの一例を図11に示す。図11の縦軸は燃料電池スタック1の発電量、横軸は車速であり、車速が高くなるほど発電量が大きくなっている。   The downstream pressure detection unit 6A has a map showing the relationship between the vehicle speed and the power generation amount of the fuel cell stack 1, and calculates the power generation amount of the fuel cell stack 1 from this map and the input vehicle speed. An example of the map is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 11 represents the power generation amount of the fuel cell stack 1, and the horizontal axis represents the vehicle speed. The higher the vehicle speed, the larger the power generation amount.

そして、下流側圧力検出部6Aは、燃料電池スタック1の発電量を算出したら、第2実施形態と同様に発電量と下流側圧力の目標値との関係を示すマップを用いて下流側圧力を算出する。特性マップ選択部6C及び上流側圧力検出部6Dの演算内容は第2実施形態と同様である。   Then, after calculating the power generation amount of the fuel cell stack 1, the downstream pressure detection unit 6A calculates the downstream pressure using a map indicating the relationship between the power generation amount and the target value of the downstream pressure, as in the second embodiment. calculate. The calculation contents of the characteristic map selection unit 6C and the upstream pressure detection unit 6D are the same as those in the second embodiment.

上記のように、圧力センサによる下流側圧力センサの検出や、燃料電池スタック1の発電量の検出を行わなくても、上流側圧力を推定することができる。   As described above, the upstream pressure can be estimated without detecting the downstream pressure sensor by the pressure sensor or detecting the power generation amount of the fuel cell stack 1.

なお、直接検出した発電量を用いた下流側圧力の推定と、車速を用いた下流側圧力の推定の両方を行うようにしてもよい。   Note that both the estimation of the downstream pressure using the directly detected power generation amount and the estimation of the downstream pressure using the vehicle speed may be performed.

以上のように、本実施形態によれば、第1実施形態、第2実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment, the following effects can be further obtained.

(4)下流側圧力検出部6Aは、移動体の状態、具体的には車速に基づいて下流側圧力を検出するので、圧力センサを用いることなく下流側圧力を検出することができる。   (4) Since the downstream pressure detection unit 6A detects the downstream pressure based on the state of the moving body, specifically, the vehicle speed, the downstream pressure can be detected without using a pressure sensor.

(第4実施形態)
上述したように、圧力センサの検出値には、上流側圧力の大小によらず一定の誤差範囲がある。一方、流量調整弁4の制御電流に基づく推定値には、上流側圧力が上昇すると誤差範囲が広がるという特性がある。
(Fourth embodiment)
As described above, the detected value of the pressure sensor has a certain error range regardless of the magnitude of the upstream pressure. On the other hand, the estimated value based on the control current of the flow regulating valve 4 has a characteristic that the error range is widened when the upstream pressure increases.

そこで本実施形態では、上流側圧力を検出する手段として、圧力センサの信号に基づいて検出する手段と、流量調整弁4の制御電流に基づいて推定する手段とを備え、水素タンク2内の水素の残量に応じていずれの手段を用いるかを決定する。   Therefore, in the present embodiment, as means for detecting the upstream pressure, means for detecting based on the signal of the pressure sensor and means for estimating based on the control current of the flow rate adjusting valve 4 are provided, and hydrogen in the hydrogen tank 2 is provided. Which means is to be used is determined according to the remaining amount.

図12は、本実施形態に係る燃料供給システムの構成図である。   FIG. 12 is a configuration diagram of the fuel supply system according to the present embodiment.

水素タンク2と燃料電池スタック1とは水素供給通路3で連結されており、水素供給通路3には流量調整弁4が介装されている。水素供給通路3の流量調整弁4より水素タンク2側は高圧配管3A、下流側は低圧配管3Bとなっている。高圧配管3Aには上流側圧力センサ40が配置されている。流量調整弁4には制御電流を検出するための電流センサ8が配置されている。また、例えば燃料電池スタック1の発電量または当該システムを搭載した車両の速度のような状態情報を検出し、コントローラ6に入力する手段を備える。すなわち、第2実施形態に係る図8または第3実施形態に係る図10に示した構成に、上流側圧力センサ40を追加した構成となっている。   The hydrogen tank 2 and the fuel cell stack 1 are connected by a hydrogen supply passage 3, and a flow rate adjusting valve 4 is interposed in the hydrogen supply passage 3. From the flow rate adjustment valve 4 of the hydrogen supply passage 3, the hydrogen tank 2 side is a high-pressure pipe 3A, and the downstream side is a low-pressure pipe 3B. An upstream pressure sensor 40 is disposed in the high-pressure pipe 3A. The flow rate adjusting valve 4 is provided with a current sensor 8 for detecting a control current. Further, for example, there is provided means for detecting state information such as the power generation amount of the fuel cell stack 1 or the speed of the vehicle on which the system is mounted and inputting it to the controller 6. That is, the upstream pressure sensor 40 is added to the configuration shown in FIG. 8 according to the second embodiment or FIG. 10 according to the third embodiment.

コントローラ6は、第1検出部6E1、第2検出部6E2、比較部6F、及び上流側圧力検出部6Gを備える。   The controller 6 includes a first detection unit 6E1, a second detection unit 6E2, a comparison unit 6F, and an upstream pressure detection unit 6G.

第1検出部6E1は、図8及び図10の、下流側圧力検出部6A、電流検出部6B、特性マップ選択部6C、及び上流側圧力検出部6Dからなる。すなわち、状態情報及び電流センサ8の信号は第1検出部6E1に入力され、入力された状態量に基づいて下流側圧力を推定し、この下流側圧力に応じて特性マップを選択し、特性マップと電流センサ8で検出した制御電流とを用いて上流側圧力を推定する。   The first detector 6E1 includes the downstream pressure detector 6A, the current detector 6B, the characteristic map selector 6C, and the upstream pressure detector 6D shown in FIGS. That is, the state information and the signal of the current sensor 8 are input to the first detection unit 6E1, the downstream pressure is estimated based on the input state quantity, a characteristic map is selected according to the downstream pressure, and the characteristic map And the control current detected by the current sensor 8 are used to estimate the upstream pressure.

第2検出部6E2は、上流側圧力センサ40の信号に基づいて高圧配管3Aの圧力、つまり水素タンク2の圧力を検出する。   The second detector 6E2 detects the pressure of the high-pressure pipe 3A, that is, the pressure of the hydrogen tank 2 based on the signal from the upstream pressure sensor 40.

比較部6Fは、第1検出部6E1で推定した上流側圧力の推定値または第2検出部6E2で検出した上流側圧力センサ40の検出値の一方を、上流側圧力の検出手段として選択する。   The comparison unit 6F selects one of the estimated value of the upstream pressure estimated by the first detection unit 6E1 or the detection value of the upstream pressure sensor 40 detected by the second detection unit 6E2 as the upstream pressure detection means.

上流側圧力検出部6Gは、比較部6Fで選択した方の検出手段で推定または検出した値を上流側圧力の検出値として決定する。   The upstream pressure detection unit 6G determines the value estimated or detected by the detection means selected by the comparison unit 6F as the detected value of the upstream pressure.

図13は、コントローラ6の制御ルーチンを示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart showing a control routine of the controller 6.

ステップS200で、コントローラ6は上流側圧力を推定する。具体的には、第2実施形態または第3実施形態で説明した、燃料電池スタック1の発電量または車速等の状態情報、及び流量調整弁4の制御電流に基づく上流側圧力の推定を、サブルーチンとして実行する。   In step S200, the controller 6 estimates the upstream pressure. Specifically, the estimation of the upstream pressure based on the state information such as the power generation amount or the vehicle speed of the fuel cell stack 1 and the control current of the flow regulating valve 4 described in the second embodiment or the third embodiment is performed as a subroutine. Run as.

ステップS210で、コントローラ6は上流側圧力センサ40の検出値を読み込む。   In step S210, the controller 6 reads the detection value of the upstream pressure sensor 40.

ステップS220で、コントローラ6はステップS210で読み込んだ検出値を、予め設定した閾値と比較する。閾値は、例えば、上流側圧力センサ40の誤差範囲と、流量調整弁4の制御電流に基づく推定値の誤差範囲とが、同じ広さになる場合の上流側圧力センサ40の検出値とする。各誤差範囲は、実験等により求める。   In step S220, the controller 6 compares the detection value read in step S210 with a preset threshold value. The threshold value is, for example, a detection value of the upstream pressure sensor 40 when the error range of the upstream pressure sensor 40 and the error range of the estimated value based on the control current of the flow rate adjusting valve 4 have the same width. Each error range is obtained by experiments.

既に述べたように、圧力センサの検出値の誤差範囲は圧力によらず一定で、制御電流に基づく推定値は、水素タンク2の水素残量が多いほど誤差範囲が広がる。すなわち、上流側圧力センサ40の検出値が閾値より大きい領域では、上流側圧力センサ40の方が制御電流に基づく推定値よりも精度が高い。そして、上流側圧力センサ40の検出値が閾値以下の領域では、制御電流に基づく推定値の方が上流側圧力センサ40の検出値よりも精度が高い。   As already described, the error range of the detected value of the pressure sensor is constant regardless of the pressure, and the estimated value based on the control current increases as the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 increases. That is, in the region where the detected value of the upstream pressure sensor 40 is larger than the threshold value, the upstream pressure sensor 40 is more accurate than the estimated value based on the control current. In the region where the detected value of the upstream pressure sensor 40 is equal to or less than the threshold value, the estimated value based on the control current is more accurate than the detected value of the upstream pressure sensor 40.

そこで、コントローラ6は、上流側圧力センサ40の検出値が閾値以下の場合にはステップS230で第1検出部6E1を選択し、閾値より大きい場合にはステップS240で第2検出部6E2を選択する。いずれの場合も、検出精度が高い方を選択することになる。   Therefore, the controller 6 selects the first detection unit 6E1 in step S230 when the detection value of the upstream pressure sensor 40 is equal to or smaller than the threshold value, and selects the second detection unit 6E2 in step S240 when the detection value is larger than the threshold value. . In either case, the one with higher detection accuracy is selected.

ステップS240で、コントローラ6は、ステップS230またはS240で選択した方の検出手段による上流側圧力を上流側圧力検出値とする。   In step S240, the controller 6 sets the upstream pressure detected by the detection means selected in step S230 or S240 as the upstream pressure detection value.

このように、水素タンク2内の水素残量に応じて、2つの検出手段から検出精度の高い方を選択して上流側圧力検出値を決定することによって、上流側圧力、つまり水素タンク2内の水素量を、より広い範囲で精度良く検出することができる。   Thus, by selecting the higher detection accuracy from the two detection means according to the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 and determining the upstream pressure detection value, the upstream pressure, that is, in the hydrogen tank 2 is determined. It is possible to accurately detect the amount of hydrogen in a wider range.

なお、閾値は上述した値に限られるものではない。水素タンク2の満充填側の所定領域では第2検出部6E2が選択され、システムを停止するか否かが問題となる程度に水素タンク2内の水素残量が少ない領域で第1検出部6E1が選択されるという条件が満たされれば、上述した値からずれても構わない。   Note that the threshold value is not limited to the value described above. The second detector 6E2 is selected in a predetermined region on the fully filled side of the hydrogen tank 2, and the first detector 6E1 is in a region where the remaining amount of hydrogen in the hydrogen tank 2 is small enough to determine whether or not to stop the system. If the condition that is selected is satisfied, the value may deviate from the above-described value.

以上により本実施形態では、第1−第3実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。   As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first to third embodiments, the following effects are further obtained.

(5)コントローラ6は、第2検出部6E2の検出値が所定の閾値以上の場合には第2検出部6E2の検出値を、閾値未満の場合には第1検出部6E1の検出値を、それぞれ上流側圧力検出値とするので、上流側圧力が幅広い範囲で変化しても、精度良く検出することができる。   (5) The controller 6 sets the detection value of the second detection unit 6E2 when the detection value of the second detection unit 6E2 is equal to or greater than a predetermined threshold, and sets the detection value of the first detection unit 6E1 when the detection value is less than the threshold. Since each upstream pressure detection value is used, even if the upstream pressure changes within a wide range, it can be accurately detected.

(6)所定値は、前記第1圧力検出手段と前記第2圧力検出手段の検出精度が等しくなる圧力である請求項8に記載の燃料ガス供給装置。   (6) The fuel gas supply apparatus according to claim 8, wherein the predetermined value is a pressure at which detection accuracy of the first pressure detection means and that of the second pressure detection means are equal.

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

1 燃料電池スタック
2 水素タンク(燃料タンク)
3 燃料供給配管(燃料ガス通路)
4 流量調整弁(制御弁)
5 開閉弁
6 コントローラ
7 下流側圧力センサ(下流側圧力推定手段)
8 電流センサ(電流検出手段)
30 車速センサ(移動体状態検出手段)
40 上流側圧力センサ(第2圧力検出手段)
100 燃料供給システム
1 Fuel cell stack 2 Hydrogen tank (fuel tank)
3 Fuel supply piping (fuel gas passage)
4 Flow control valve (control valve)
5 On-off valve 6 Controller 7 Downstream pressure sensor (downstream pressure estimation means)
8 Current sensor (current detection means)
30 Vehicle speed sensor (moving body state detection means)
40 Upstream pressure sensor (second pressure detection means)
100 Fuel supply system

Claims (7)

燃料ガスと酸化剤ガスによって発電する燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置において、
燃料ガスを蓄える燃料タンクと、
前記燃料タンクと前記燃料電池スタックとを接続する燃料ガス通路と、
前記燃料ガス通路に設けられ前記燃料ガスの供給量を制御する制御弁と、
前記制御弁よりも下流側の前記燃料ガスの圧力を推定する下流側圧力推定手段と、
前記制御弁の制御電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出した前記制御電流および前記下流側圧力推定手段により推定した前記下流側圧力に基づいて前記制御弁よりも上流側の燃料ガスの圧力を検出する第1圧力検出手段を有するコントローラと、
を備えることを特徴とする燃料ガス供給装置。
In a fuel gas supply device that supplies fuel gas to a fuel cell stack that generates power using fuel gas and oxidant gas,
A fuel tank for storing fuel gas;
A fuel gas passage connecting the fuel tank and the fuel cell stack;
A control valve provided in the fuel gas passage for controlling the supply amount of the fuel gas;
Downstream pressure estimating means for estimating the pressure of the fuel gas downstream of the control valve;
Current detecting means for detecting a control current of the control valve;
A controller having first pressure detection means for detecting the pressure of the fuel gas upstream of the control valve based on the control current detected by the current detection means and the downstream pressure estimated by the downstream pressure estimation means. When,
A fuel gas supply device comprising:
前記第1圧力検出手段は、前記制御弁より下流側の燃料ガスの圧力が所定の目標値に到達するまでの期間中に検出した前記制御電流の最大値を用いて前記制御弁よりも上流側の燃料ガスの圧力を検出する請求項1に記載の燃料ガス供給装置。   The first pressure detecting means is upstream of the control valve using the maximum value of the control current detected during the period until the pressure of the fuel gas downstream of the control valve reaches a predetermined target value. The fuel gas supply apparatus according to claim 1, wherein the pressure of the fuel gas is detected. 前記下流側圧力推定手段は、前記燃料ガス通路の前記制御弁よりも下流側に設けた圧力センサである請求項1または2に記載の燃料ガス供給装置。   3. The fuel gas supply device according to claim 1, wherein the downstream pressure estimation means is a pressure sensor provided downstream of the control valve in the fuel gas passage. 前記燃料電池スタックの状態を検出する状態検出手段を備え、
前記下流側圧力推定手段は、前記燃料電池スタックの状態に基づいて前記制御弁よりも下流側の前記燃料ガスの圧力を推定する請求項1に記載の燃料ガス供給装置。
Comprising a state detecting means for detecting the state of the fuel cell stack;
2. The fuel gas supply device according to claim 1, wherein the downstream pressure estimation unit estimates a pressure of the fuel gas downstream of the control valve based on a state of the fuel cell stack.
前記燃料電池スタックで発電した電力を用いて走行する移動体の状態を検出する移動体状態検出手段と備え、
前記下流側圧力推定手段は、前記移動体の状態に基づいて前記制御弁よりも下流側の前記燃料ガスの圧力を推定する請求項1に記載の燃料ガス供給装置。
A moving body state detecting means for detecting a state of a moving body that travels using the electric power generated by the fuel cell stack;
The fuel gas supply device according to claim 1, wherein the downstream pressure estimation unit estimates the pressure of the fuel gas downstream of the control valve based on the state of the moving body.
前記コントローラは、前記制御弁より上流側の前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサを第2圧力検出手段として備え、
前記第2圧力検出手段の検出値が所定値以上の場合には前記第2圧力検出手段の検出値を前記制御弁より上流側の前記燃料ガスの圧力とし、
前記第2圧力検出手段の検出値が前記所定値未満の場合には前記第1圧力検出手段の検出値を前記制御弁より上流側の前記燃料ガスの圧力とする請求項1に記載の燃料ガス供給装置。
The controller includes a pressure sensor that detects a pressure of the fuel gas upstream of the control valve as a second pressure detection unit,
When the detection value of the second pressure detection means is greater than or equal to a predetermined value, the detection value of the second pressure detection means is the pressure of the fuel gas upstream of the control valve,
2. The fuel gas according to claim 1, wherein when the detection value of the second pressure detection unit is less than the predetermined value, the detection value of the first pressure detection unit is used as the pressure of the fuel gas upstream of the control valve. Feeding device.
前記所定値は、前記第1圧力検出手段と前記第2圧力検出手段の検出精度が等しくなる圧力である請求項6に記載の燃料ガス供給装置。   The fuel gas supply apparatus according to claim 6, wherein the predetermined value is a pressure at which detection accuracy of the first pressure detection means and the second pressure detection means is equal.
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