JP2004349010A

JP2004349010A - Fuel battery device

Info

Publication number: JP2004349010A
Application number: JP2003142064A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kurimoto; 隆志栗本
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent from treating fluctuations in output voltages of a plurality of cells as failure of a fuel battery by mistake when the battery is brand-new. <P>SOLUTION: Of the fuel battery device on which a fuel battery main body part 1 equipped with a plurality of cells 1a and a fuel battery 3 equipped with an operation control means 2 controlling an operation of the fuel battery main body part 1 are mounted, with the operation control means 2 structured so as to monitor output voltage values of the plurality of cells 1a and judge as abnormal when a fluctuation value of the plurality of output voltage values exceeds an abnormality judgment value with the fuel cell main body part 1 in an operation state, the operation control means 2 is so structured to judge as abnormal when the fluctuation value exceeds an abnormality judgment value for a brand-new cell higher than the abnormality judgment value, until an accumulated operation time of the fuel battery main body part from the brand-new state reaches a preset time. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルを備える燃料電池本体部、および、その燃料電池本体部の運転を制御する運転制御手段を備える燃料電池が搭載され、
前記運転制御手段が、前記燃料電池本体部を運転させた状態において、前記複数のセルの夫々について出力電圧値を監視して、それら複数の出力電圧値のうちでのばらつき値が異常判定値以上となる異常状態であるか否かを判別するように構成されている燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料電池装置を搭載した燃料電池搭載車は、運転制御手段が燃料電池本体部を運転させることにより、走行駆動用の電動モータに電力を供給し、その走行駆動用の電動モータを駆動源として車体を走行させる電気自動車として構成され、運転制御手段が、燃料電池本体部を運転させた状態において、複数のセルの夫々について出力電圧値を監視して、それら複数の出力電圧値のうちでのばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池の故障と扱うようにしているものである。
【０００３】
上記のような燃料電池装置において、従来では、運転制御手段が、燃料電池本体部を運転させた状態において、複数のセルの夫々について出力電圧値を検出し、それらの複数の出力電圧値の平均値と各セルについての出力電圧値との差電圧値の夫々をばらつき値として求めて、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが異常判定値以上となると異常状態であると判別して、燃料電池の故障と扱うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２４３８８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような燃料電池装置では、運転制御手段が、単に、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別しているので、どのような状況下であっても、前記ばらつき値が異常判定値以上となることにより、故障と扱われてしまい、未だ故障と扱わなくてもよいときにも、燃料電池の故障と扱ってしまう虞があった。
【０００６】
未だ故障と扱わなくてもよいときにも、燃料電池の故障と扱ってしまう点について説明を加えると、例えば、燃料電池が固体高分子型の場合を例に挙げると、新品状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が短いときには、イオン交換膜がなじんでいないことに起因して、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じることになる。
また、燃料電池本体の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が長くなったときには、イオン交換膜が乾燥していることに起因して、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じることになる。
したがって、新品状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が短いときや、燃料電池本体の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が長くなったときには、燃料電池の故障以外の原因によって、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じて、複数の出力電圧値のうちでのばらつき値が異常判定値以上となることがあり、このような場合には、未だ故障と扱わなくてもよいときにも、燃料電池の故障と扱ってしまうことになる。
【０００７】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、燃料電池の故障と誤って扱ってしまうのを防止することができる燃料電池装置を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、複数のセルを備える燃料電池本体部、および、その燃料電池本体部の運転を制御する運転制御手段を備える燃料電池が搭載され、
前記運転制御手段が、前記燃料電池本体部を運転させた状態において、前記複数のセルの夫々について出力電圧値を監視して、それら複数の出力電圧値のうちでのばらつき値が異常判定値以上となる異常状態であるか否かを判別するように構成されている燃料電池装置において、
前記運転制御手段が、新品状態からの前記燃料電池本体部の積算運転時間が設定時間に達するまでは、前記ばらつき値が前記異常判定値よりも大きい値の新品用の異常判定値以上となると、前記異常状態であると判別するように構成されている。
【０００９】
すなわち、運転制御手段は、新車状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が設定時間に達するまでは、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の新品用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池の故障と扱い、新品状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が設定時間に達したあとには、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池の故障と扱うことになる。
したがって、新品状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が設定時間に達するまでは、イオン交換膜がなじんでいないことに起因して、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じて、前記ばらつき値が異常判定値以上となっても、燃料電池の故障と扱われず、燃料電池の故障に起因して、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の新品用の異常判定値以上となってはじめて、燃料電池の故障と扱われることになる。
【００１０】
ちなみに、複数の出力電圧値のうちでのばらつき値は、複数のセルの夫々についての出力電圧値のばらつき度合いを示す値であればよく、例えば、複数のセルの夫々についての出力電圧値の平均値と各セルについての出力電圧値との差電圧値の夫々をばらつき値として求めたり、複数のセルの夫々についての出力電圧値のうち、最大出力電圧値と最小出力電圧値との差電圧値をばらつき値として求めることができる。
【００１１】
以上のことから、燃料電池の故障以外の原因によって、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じる未だ故障と扱わなくてもよいときにも、燃料電池の故障と扱ってしまうのを防止することができることとなって、燃料電池の故障と誤って扱ってしまうのを防止することができる燃料電池装置を提供できるに至った。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、複数のセルを備える燃料電池本体部、および、その燃料電池本体部の運転を制御する運転制御手段を備える燃料電池が搭載され、
前記運転制御手段が、前記燃料電池本体部を運転させた状態において、前記複数のセルの夫々について出力電圧値を監視して、それら複数の出力電圧値のうちでのばらつき値が異常判定値以上となる異常状態であるか否かを判別するように構成されている燃料電池装置において、
前記運転制御手段は、前記燃料電池本体部の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間以上の場合には、前記ばらつき値が前記異常判定値よりも大きい値の長時間停止用の異常判定値以上となると、前記異常状態であると判別するように構成されている。
【００１３】
すなわち、運転制御手段は、燃料電池本体部の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間未満の場合には、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池の故障と扱い、前記非運転時間が設定時間以上の場合には、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の長時間停止用の異常判定値以上となってはじめて、異常状態であると判別して、燃料電池の故障と扱うことになる。
したがって、前記非運転時間が設定時間以上の場合には、イオン交換膜が乾燥していることに起因して、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じて、前記ばらつき値が異常判定値以上となっても、燃料電池の故障と扱われず、燃料電池の故障に起因して、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の長時間停止用の異常判定値以上となってはじめて、燃料電池の故障と扱われることになる。
【００１４】
ちなみに、請求項１の発明において説明した如く、複数の出力電圧値のうちでのばらつき値は、複数のセルの夫々についての出力電圧値のばらつき度合いを示す値であればよく、例えば、複数のセルの夫々についての出力電圧値の平均値と各セルについての出力電圧値との差電圧値の夫々をばらつき値として求めたり、複数のセルの夫々についての出力電圧値のうち、最大出力電圧値と最小出力電圧値との差電圧値をばらつき値として求めることができる。
【００１５】
以上のことから、燃料電池の故障以外の原因によって、複数のセルの夫々についての出力電圧値にばらつきが生じる未だ故障と扱わなくてもよいときにも、燃料電池の故障と扱ってしまうのを防止することができることとなって、燃料電池の故障と誤って扱ってしまうのを防止することができる燃料電池装置を提供できるに至った。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる燃料電池装置を搭載した燃料電池搭載車について図面に基づいて説明する。
この燃料電池搭載車は、複数のセル１ａを備える燃料電池本体部１、および、その燃料電池本体部１の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部２を備える燃料電池としての燃料電池システム３が搭載され、運転制御部２が燃料電池本体を運転させることにより、燃料電池本体１から走行駆動用の電動モータ４に電力を供給して、その電動モータ４を駆動源として車体を走行させる電気自動車として構成されている。
前記燃料電池本体部１は、例えば、１００個のセル１ａを積層状態で設けて、詳述はしないが、複数のセル１ａの夫々において、燃料ガスとしての水素ガスと酸素含有ガスとしての空気とが夫々供給されて、水素と酸素との電気化学的な反応により発電を行う固体高分子型の燃料電池にて構成されている。
【００１７】
ちなみに、図示はしないが、燃料電池本体部１とは別に２次電池として充電可能なバッテリーが搭載され、走行駆動用の電動モータ４の作動を制御するためのモータ制御部も設けられ、図１においては、電動モータ４、バッテリー、モータ制御部などを負荷として示している。
そして、燃料電池本体部１の発電が停止してもこのバッテリーの電力により走行可能で、バッテリーの充電状態が十分であれば燃料電池本体部１の発電を停止させることで水素ガスの消費量を抑制するようにしたり、車体走行中にブレーキ操作によって減速するときに電動モータ４から発生する回生電力をバッテリーに充電することができるように構成されている。
また、モータ制御部は、アクセルペダルの踏み込み量の情報及び車速の検出情報等に基づいて目標走行駆動力を求め、その目標走行駆動力を出力するように走行駆動用の電動モータ４の作動を制御するように構成されている。
【００１８】
前記燃料電池システム３は、複数のセル１ａを備えて発電作動する燃料電池本体部１、燃料電池本体部１に水素を供給するための水素ボンベ５、燃料電池本体部１に空気を供給するためのモータ駆動式のコンプレッサ６、燃料電池本体部１から排出される水素ガスや空気、および、電気化学反応により発生した水などを外部に排出させるための排気管７、燃料電池本体部１を冷却するための放熱用のラジエータ８などを備えて構成されている。
【００１９】
前記水素ボンベ５は、燃料電池本体部１に供給するための燃料ガスの一例である水素ガスを高圧状態で充填した状態で貯蔵するように構成されている。
そして、この水素ボンベ５から水素ガス供給路９を通して水素ガスを燃料電池本体部１に供給するように構成され、この水素ガス供給路９には、レギュレータ１０、電磁遮断弁１１などが設けられている。
なお、水素ボンベ５内の水素貯蔵量が減ったときには水素ガスを充填する必要があるが、水素ガスの充填作業は図示しない充填用の供給路を通して行われる。
【００２０】
前記燃料電池本体部１から排出される水素ガスを水素排気路１２を通して排気管７に供給して、外部に排出させるように構成され、水素排気路１２には、その経路を開閉自在な水素排気遮断弁１３が設けられている。
前記燃料電池本体部１の電気化学反応により発生した水も水素ガスとともに水素排気路１２を通して外部に排出するように構成され、水素排気遮断弁１３は、通常は閉状態であり、設定時間が経過するごとに経路を開放させて水素ガスや水を排出させるようにしている。
【００２１】
前記モータ駆動式のコンプレッサ６は、エアークリーナ１４および吸気路１５を通して車体外部から空気を吸引するとともに、その空気を空気供給路１６を通して燃料電池本体部１に供給するように構成されている。
また、このコンプレッサ６から空気供給路１６を通して供給される空気は加湿器１７にて加湿された後に燃料電池本体部１に供給される。
【００２２】
前記燃料電池本体部１から排出される空気を空気排気路１８を通して排気管７に供給して、外部に排出させるように構成されている。
そして、空気排気路１８には、排気管７よりも空気流動方向上手側の途中箇所に水素排気路１２の排出側端部が連通接続され、この接続箇所にて、燃料電池本体部１から排出される空気と、燃料電池本体部１から排出される水素ガスが合流した合流ガスが水を含む状態で排気管７を通して外部に排出させるように構成されている。
【００２３】
前記燃料電池本体部１の内部を冷却するための冷却水を冷却水循環路１９を通してラジエータ８との間で循環通流させるように構成され、冷却水循環路１９には、冷却水を強制的に循環通流させる循環ポンプ２０が設けられている。
【００２４】
前記運転制御部２は、マイクロコンピュータを利用して、各部に備えられる各種のセンサ類の検出情報に基づいて、コンプレッサ６、循環ポンプ２０、および、各部に備えられる各種の弁など、燃料電池システム３全体の運転作動を制御するように構成されている。
また、運転制御部２は、燃料電池本体部１を運転させた状態において、複数のセル１ａの夫々について出力電圧値を監視して、それら複数の出力電圧値のうちでのばらつき値を求めて、そのばらつき値が設定値以上となると、燃料電池本体部１の運転を停止して、燃料電池システム３の故障と扱うように構成されている。
【００２５】
前記運転制御部２において、前記ばらつき値に基づいて燃料電池本体部１の運転を停止させる構成について説明を加えると、運転制御部２は、燃料電池本体部１を運転させているときに、常時、複数のセル１ａの夫々についての出力電圧値を検出して、それら複数の出力電圧値の平均値と各セル１ａについての出力電圧値との差電圧値の夫々をばらつき値として求めるようにしている。
【００２６】
そして、運転制御部２は、新品状態、すなわち新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達するまでは、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の新車用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させ、新車状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとには、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させるように構成されている。
【００２７】
説明を加えると、運転制御部２は、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達するまでは、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが新車用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させるようにしている。
また、運転制御部２は、新車状態からの燃料電池本体部の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとには、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させるようにしている。
【００２８】
ただし、新車用の異常判定値は、新品用の異常判定値であり、例えば、複数の出力電圧値の平均値の１５パーセント程度に設定され、異常判定値は、例えば、複数の出力電圧値の平均値の１０パーセント程度に設定され、新車用の異常判定値の方が、異常判定値よりも大きい値が設定されている。
【００２９】
また、運転制御部２は、燃料電池本体部１の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間未満の場合には、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させ、前記非運転時間が設定時間以上の場合には、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の長時間停止用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させるように構成されている。
【００３０】
説明を加えると、運転制御部２は、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとにおいて、燃料電池本体部１の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間未満の場合には、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させるようにしている。
また、運転制御部２は、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとにおいて、前記非運転時間が設定時間以上の場合には、燃料電池本体部１の運転を再開させてから設定時間（例えば、１時間）が経過するまで、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが長時間停止用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別して、燃料電池本体部１の運転を停止させるようにしている。
【００３１】
ただし、長時間停止用の異常判定値は、例えば、複数の出力電圧値の平均値の１５パーセント程度に設定され、異常判定値は、例えば、複数の出力電圧値の平均値の１０パーセント程度に設定され、長時間停止用の異常判定値の方が、異常判定値よりも大きい値が設定されている。
【００３２】
ちなみに、運転制御部２は、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間や燃料電池本体部１の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間については、タイマーなどにて計時するように構成されている。
【００３３】
前記運転制御部２が前記ばらつき値に基づいて燃料電池本体部１の運転を停止させる動作について、図２のフローチャートに基づいて説明を加える。
まず、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達していなければ、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが新車用の異常判定値以上となると、燃料電池本体部１の運転を停止させる（ステップ１〜３）。
そして、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとにおいて、燃料電池本体部１の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間未満の場合には（ステップ１，４）、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが異常判定値以上となると、燃料電池本体部１の運転を停止させる（ステップ５，３）。
【００３４】
新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとにおいて、前記非運転時間が設定時間以上の場合で、燃料電池本体部１の運転を再開してから設定時間（例えば、１時間）が経過していなければ（ステップ１，４，６）、求めた複数のばらつき値のうちのいずれかが長時間停止用の異常判定値以上となると、燃料電池本体部１の運転を停止させる（ステップ７，３）。
また、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達したあとにおいて、前記非運転時間が設定時間以上の場合でも、燃料電池本体部１の運転を再開してから設定時間（例えば、１時間）が経過していると（ステップ１，４，６）、求めたばらつき値のうちのいずれかが異常判定値以上となると、燃料電池本体部１の運転を停止させる（ステップ５，３）。
【００３５】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、運転制御部２が、複数の出力電圧値のうちでのばらつき値が異常判定値に基づいて異常状態であるか否かを判別する構成として、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達するまでは、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の新車用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別する構成と、燃料電池本体部１の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間未満の場合には、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別する構成とを採用しているが、いずれか一方の構成のみを採用して実施することが可能である。
【００３６】
すなわち、運転制御部２を、新車状態からの燃料電池本体部１の積算運転時間が設定時間（例えば、１時間）に達するまでは、前記ばらつき値が異常判定値よりも大きい値の新車用の異常判定値以上となると、異常状態であると判別するように構成したり、逆に、運転制御部２を、燃料電池本体部１の運転を停止してから運転が再開されるまでの非運転時間が設定時間未満の場合には、前記ばらつき値が異常判定値以上となると、異常状態であると判別するように構成する。
【００３７】
（２）上記実施形態では、新車用の異常判定値と長時間停止用の異常判定値を、例えば、複数の出力電圧値の平均値の１５パーセント程度に設定して、同様の値としているが、新車用の異常判定値と長時間停止用の異常判定値とが、異常判定値よりも大きい値であれば、異なる値としてもよい。
【００３８】
（３）上記実施形態では、運転制御部２が、燃料電池本体部１を運転させているときに、常時、複数のセル１ａの夫々についての出力電圧値を検出して、それら複数の出力電圧値の平均値と各セル１ａについての出力電圧値との差電圧値の夫々をばらつき値として求めるようにしているが、ばらつき値については、複数のセル１ａの夫々についての出力電圧値のばらつき度合いを示す値であればよく、例えば、複数のセル１ａの夫々についての出力電圧値のうち、最大出力電圧値と最小出力電圧値との差電圧値をばらつき値として求めることも可能である。
【００３９】
（４）上記実施形態では、新車用の異常判定値が、時間経過にかかわらず、一定の値としているが、新車用の異常判定値を時間経過に伴って変更してもよい。
例えば、燃料電池本体部１の積算運転時間時間が大きくなるほど、新車用の異常判定値が小さくなるように、新車用の異常判定値を時間経過に伴って段階的にまたは比例的に小さくなるように設定して実施することも可能である。
【００４０】
（５）上記実施形態では、長時間停止用の異常判定値が、時間経過にかかわらず、一定の値としているが、長時間停止用の異常判定値を時間経過に伴って変更してもよい。
例えば、燃料電池本体部１の運転を再開させてからの経過時間が大きくなるほど、長時間停止用の異常判定値が小さくなるように、長時間停止用の異常判定値を時間経過に伴って段階的にまたは比例的に小さくなるように設定して実施することも可能である。
【００４１】
（６）上記実施形態では、運転制御部２が、異常状態であると判別すると、燃料電池本体部１の運転を停止させるようにしているが、異常状態であると判別することにより行う異常用処理については適宜変更が可能であり、例えば、警報ランプを点灯させたり、燃料電池本体部１の出力を抑えるなど、各種の異常用処理を行うことが可能である。
【００４２】
（７）上記実施形態では、積算運転時間を、タイマーなどの計時により時間としているが、例えば、キーの投入回数や積算走行距離など、時間以外の情報にて代用することも可能である。
【００４３】
（８）上記実施形態では、本発明にかかる燃料電池装置を搭載した燃料電池搭載車を例示したが、単なる燃料電池装置として実施することも可能であり、燃料電池装置を搭載する対象についても適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池搭載車の概略構成図
【図２】運転制御部の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１燃料電池本体部
１ａセル
２運転制御手段
３燃料電池[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is equipped with a fuel cell main body including a plurality of cells, and a fuel cell including operation control means for controlling the operation of the fuel cell main body,
The operation control means monitors an output voltage value for each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and a variation value among the plurality of output voltage values is equal to or more than an abnormality determination value. The present invention relates to a fuel cell device configured to determine whether or not an abnormal state is established.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell-equipped vehicle equipped with a fuel cell device as described above supplies electric power to an electric motor for driving by driving the fuel cell main body by the operation control means, and controls the electric motor for driving the electric motor. The vehicle is configured as an electric vehicle that runs a vehicle body as a drive source, and the operation control unit monitors the output voltage value of each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and calculates the output voltage values of the plurality of cells. If the variation value is larger than or equal to the abnormality determination value, it is determined that the vehicle is in an abnormal state and treated as a fuel cell failure.
[0003]
In the fuel cell device as described above, conventionally, the operation control means detects an output voltage value for each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and averages the plurality of output voltage values. Each of the difference voltage value between the value and the output voltage value for each cell is determined as a variation value, and if any of the determined variation values is equal to or greater than the abnormality determination value, it is determined that the state is abnormal, The fuel cell is treated as a failure (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-243882
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described fuel cell device, the operation control means simply determines that the vehicle is in the abnormal state when the variation value is equal to or larger than the abnormality determination value. When the variation value is equal to or larger than the abnormality determination value, the fuel cell is treated as a failure, and there is a possibility that the fuel cell may be treated as a failure even when it is not necessary to treat the failure yet.
[0006]
If the fuel cell is treated as a failure even when it does not need to be treated as a failure yet, for example, if the fuel cell is a solid polymer type, for example, When the integrated operation time of the main body is short, the output voltage value of each of the plurality of cells varies due to the unsmoothness of the ion exchange membrane.
Further, when the non-operation time from when the operation of the fuel cell main body is stopped to when the operation is restarted becomes longer, the output of each of the plurality of cells is reduced due to the drying of the ion exchange membrane. The voltage value will vary.
Therefore, when the integrated operation time of the fuel cell main unit from the new state is short, or when the non-operation time from when the operation of the fuel cell main unit is stopped to when the operation is restarted becomes long, other than the failure of the fuel cell, In some cases, the output voltage value of each of the plurality of cells may vary, and the variation value of the plurality of output voltage values may be greater than or equal to the abnormality determination value. Even when it does not need to be treated as a failure, it will be treated as a failure of the fuel cell.
[0007]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a fuel cell device that can prevent a fuel cell from being erroneously treated as a failure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, according to the first aspect of the present invention, a fuel cell main body including a plurality of cells and a fuel cell including an operation control unit that controls operation of the fuel cell main body are mounted. And
The operation control means monitors an output voltage value for each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and a variation value among the plurality of output voltage values is equal to or more than an abnormality determination value. In a fuel cell device configured to determine whether or not an abnormal state is
The operation control means, until the accumulated operation time of the fuel cell main body from the new state reaches the set time, if the variation value is equal to or greater than the abnormality determination value for a new product larger than the abnormality determination value, It is configured to determine the abnormal state.
[0009]
In other words, the operation control means sets an abnormal condition when the variation value is equal to or greater than a new product abnormality determination value which is larger than the abnormality determination value until the integrated operation time of the fuel cell main body from the new vehicle state reaches the set time. After the accumulated operation time of the fuel cell main unit from the new state reaches the set time, if the variation value is equal to or larger than the abnormality determination value, the abnormal state is determined. Is determined, and it is treated as a failure of the fuel cell.
Therefore, until the integrated operation time of the fuel cell main body from the new state reaches the set time, the output voltage value of each of the plurality of cells varies due to the union of the ion exchange membrane. Even if the variation value is equal to or greater than the abnormality determination value, it is not treated as a fuel cell failure, and due to the fuel cell failure, the variation value is greater than or equal to the abnormality determination value for a new product. Only then will it be treated as a fuel cell failure.
[0010]
Incidentally, the variation value among the plurality of output voltage values may be a value indicating the degree of variation of the output voltage value for each of the plurality of cells. For example, the average value of the output voltage values for each of the plurality of cells may be used. The difference voltage value between the value and the output voltage value of each cell is obtained as a variation value, and the difference voltage value between the maximum output voltage value and the minimum output voltage value among the output voltage values of each of a plurality of cells is determined. Can be obtained as a variation value.
[0011]
From the above, it is considered that even when it is not necessary to treat a failure in which the output voltage value of each of a plurality of cells varies due to a cause other than the failure of the fuel cell, the failure is treated as a failure of the fuel cell. As a result, it is possible to provide a fuel cell device that can prevent the fuel cell from being erroneously handled as a failure of the fuel cell.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, the fuel cell includes a fuel cell main body including a plurality of cells, and a fuel cell including an operation control unit that controls operation of the fuel cell main body.
The operation control means monitors an output voltage value for each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and a variation value among the plurality of output voltage values is equal to or more than an abnormality determination value. In a fuel cell device configured to determine whether or not an abnormal state is
When the non-operation time from when the operation of the fuel cell main body unit is stopped until the operation is restarted is equal to or longer than a set time, the operation control unit may be configured to set the variation value to a value larger than the abnormality determination value. When the abnormality determination value is equal to or more than the abnormality determination value for a long-time stop, the abnormality state is determined.
[0013]
That is, when the non-operation time from when the operation of the fuel cell main body unit is stopped until the operation is restarted is less than the set time, the operation control unit determines that the abnormal value is greater than or equal to the abnormality determination value. If the non-operation time is equal to or longer than the set time, the variation value is equal to or greater than the abnormality determination value for long-term stop which is larger than the abnormality determination value. For the first time, it is determined that the fuel cell is in an abnormal state and treated as a failure of the fuel cell.
Therefore, when the non-operation time is equal to or longer than the set time, the output voltage value of each of the plurality of cells varies due to the drying of the ion exchange membrane, and the variation value is abnormal. Even if the determination value or more, it is not treated as a failure of the fuel cell, and due to the failure of the fuel cell, the variation value is not longer than the abnormality determination value for a long-time stop that is larger than the abnormality determination value. Will be treated as a fuel cell failure.
[0014]
Incidentally, as described in the first aspect of the present invention, the variation value among the plurality of output voltage values may be a value indicating the degree of variation of the output voltage value for each of the plurality of cells. The difference voltage value between the average value of the output voltage value of each cell and the output voltage value of each cell is obtained as a variation value, or the maximum output voltage value among the output voltage values of each of a plurality of cells is obtained. A difference voltage value between the minimum output voltage value and the minimum output voltage value can be obtained as a variation value.
[0015]
From the above, it is considered that even when it is not necessary to treat a failure in which the output voltage value of each of a plurality of cells varies due to a cause other than the failure of the fuel cell, the failure is treated as a failure of the fuel cell. As a result, it is possible to provide a fuel cell device that can prevent the fuel cell from being erroneously handled as a failure of the fuel cell.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A fuel cell vehicle equipped with a fuel cell device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
This vehicle equipped with a fuel cell includes a fuel cell main body 1 including a plurality of cells 1a and a fuel cell system as a fuel cell including an operation control unit 2 as operation control means for controlling the operation of the fuel cell main body 1. When the operation control unit 2 drives the fuel cell main body, the operation control unit 2 supplies electric power from the fuel cell main body 1 to an electric motor 4 for driving driving, and the electric motor 4 drives the vehicle body using the electric motor 4 as a drive source. It is configured as an electric vehicle.
The fuel cell main body 1 is provided with, for example, 100 cells 1a in a stacked state. Although not described in detail, in each of the plurality of cells 1a, hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxygen-containing gas are used. Are supplied, and a polymer electrolyte fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
[0017]
Incidentally, although not shown, a battery that can be charged as a secondary battery is mounted separately from the fuel cell main unit 1 and a motor control unit for controlling the operation of the electric motor 4 for driving the vehicle is also provided. , The electric motor 4, a battery, a motor control unit, and the like are shown as loads.
Even if the power generation of the fuel cell main body 1 is stopped, the vehicle can run with the electric power of the battery. If the state of charge of the battery is sufficient, the power generation of the fuel cell main body 1 is stopped to reduce the consumption of hydrogen gas. The regenerative electric power generated from the electric motor 4 when the vehicle is decelerated by the brake operation while the vehicle is running is charged in the battery.
Further, the motor control unit obtains a target traveling drive force based on information on the amount of depression of the accelerator pedal and vehicle speed detection information, and operates the electric motor 4 for traveling drive so as to output the target travel drive force. It is configured to control.
[0018]
The fuel cell system 3 includes a plurality of cells 1 a and a fuel cell main body 1 that operates to generate electric power, a hydrogen cylinder 5 for supplying hydrogen to the fuel cell main body 1, and a supply of air to the fuel cell main body 1. The motor-driven compressor 6, the exhaust pipe 7 for discharging hydrogen gas and air discharged from the fuel cell main body 1, water generated by the electrochemical reaction, and the like to the outside, and cooling the fuel cell main body 1 And a radiator 8 for radiating heat.
[0019]
The hydrogen cylinder 5 is configured to store a hydrogen gas, which is an example of a fuel gas to be supplied to the fuel cell main body 1, in a state of being filled at a high pressure.
The hydrogen cylinder 5 is configured to supply hydrogen gas to the fuel cell main body 1 through a hydrogen gas supply path 9, and the hydrogen gas supply path 9 is provided with a regulator 10, an electromagnetic shut-off valve 11, and the like. I have.
When the amount of hydrogen stored in the hydrogen cylinder 5 is reduced, it is necessary to fill the hydrogen gas. However, the filling operation of the hydrogen gas is performed through a filling supply path (not shown).
[0020]
Hydrogen gas discharged from the fuel cell main body 1 is supplied to the exhaust pipe 7 through a hydrogen exhaust path 12 to be discharged to the outside. A shutoff valve 13 is provided.
The water generated by the electrochemical reaction of the fuel cell main body 1 is also discharged to the outside through the hydrogen exhaust path 12 together with the hydrogen gas. The hydrogen exhaust shutoff valve 13 is normally closed, and the set time elapses. Each time the route is opened, hydrogen gas and water are discharged.
[0021]
The motor-driven compressor 6 is configured to suck air from outside the vehicle body through an air cleaner 14 and an intake path 15 and to supply the air to the fuel cell main body 1 through an air supply path 16.
The air supplied from the compressor 6 through the air supply path 16 is supplied to the fuel cell main unit 1 after being humidified by the humidifier 17.
[0022]
The air exhausted from the fuel cell main body 1 is supplied to the exhaust pipe 7 through the air exhaust path 18 to be discharged to the outside.
The discharge end of the hydrogen discharge passage 12 is connected to the air discharge passage 18 at a position on the upper side of the exhaust pipe 7 in the air flow direction, and the discharge end is discharged from the fuel cell main body 1 at this connection position. The exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 7 in a state in which the combined air and the hydrogen gas discharged from the fuel cell main body unit 1 contain water.
[0023]
The cooling water for cooling the inside of the fuel cell main body 1 is configured to circulate through the cooling water circulation path 19 with the radiator 8, and the cooling water is forcibly circulated through the cooling water circulation path 19. A circulating pump 20 is provided for the flow.
[0024]
The operation control unit 2 utilizes a microcomputer based on detection information of various sensors provided in each unit, based on the detection information of various sensors and the like, the compressor 6, the circulation pump 20, and various valves provided in each unit. 3 is configured to control the overall operation.
The operation control unit 2 monitors the output voltage value of each of the plurality of cells 1a in a state where the fuel cell main body unit 1 is operated, and obtains a variation value among the plurality of output voltage values. When the variation value becomes equal to or more than the set value, the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped, and the fuel cell system 3 is treated as a failure.
[0025]
In the operation control unit 2, a description will be given of a configuration in which the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped based on the variation value. When the operation control unit 2 is operating the fuel cell main unit 1, , The output voltage value of each of the plurality of cells 1a is detected, and the difference voltage value between the average value of the plurality of output voltage values and the output voltage value of each of the cells 1a is determined as a variation value. I have.
[0026]
Then, the operation control unit 2 determines that the variation value is larger than the abnormality determination value until the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new state, that is, the new vehicle state, reaches the set time (for example, one hour). If it is equal to or more than the abnormality determination value for a new vehicle, it is determined that the vehicle is in an abnormal state, the operation of the fuel cell main body 1 is stopped, and the integrated operation time of the fuel cell main body from the new vehicle state is set for a set time (eg, After the time has elapsed, if the variation value is equal to or greater than the abnormality determination value, it is determined that the state is abnormal, and the operation of the fuel cell main body 1 is stopped.
[0027]
In addition, the operation control unit 2 determines whether any one of the plurality of variation values obtained until the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches a set time (for example, one hour). When the value becomes equal to or more than the abnormality determination value for a new vehicle, it is determined that the vehicle is in an abnormal state, and the operation of the fuel cell main body 1 is stopped.
Further, after the accumulated operation time of the fuel cell main body from the new vehicle state reaches the set time (for example, one hour), the operation control unit 2 determines that one of the obtained variation values is abnormal. When the value is equal to or more than the value, it is determined that the state is abnormal, and the operation of the fuel cell main body 1 is stopped.
[0028]
However, the abnormality determination value for a new vehicle is an abnormality determination value for a new product, and is set to, for example, about 15% of the average value of a plurality of output voltage values. It is set to about 10% of the average value, and the abnormality determination value for a new vehicle is set to a value larger than the abnormality determination value.
[0029]
When the non-operation time from when the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped to when the operation is restarted is less than the set time, the operation control unit 2 determines that the variation value is equal to or larger than the abnormality determination value. When it is determined that the state is abnormal, the operation of the fuel cell main body 1 is stopped, and when the non-operation time is equal to or longer than a set time, the variation value is set to a value longer than the abnormality determination value. When the value becomes equal to or more than the abnormality determination value, it is determined that the state is abnormal, and the operation of the fuel cell main body 1 is stopped.
[0030]
In addition, the operation control unit 2 stops the operation of the fuel cell main unit 1 after the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches a set time (for example, one hour). If the non-operation time from the start of operation to the restart of operation is less than the set time, if any of the obtained variation values is equal to or greater than the abnormality determination value, it is determined that the fuel cell is in an abnormal state, and the fuel cell is in an abnormal state. The operation of the main body 1 is stopped.
In addition, after the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches the set time (for example, 1 hour), the operation control unit 2 sets the fuel supply to the fuel cell main unit 1 if the non-operation time is longer than the set time. If any of the obtained plurality of variation values is equal to or greater than the long-term stoppage abnormality determination value until the set time (for example, one hour) elapses after the operation of the battery main body 1 is restarted, an abnormal state Therefore, the operation of the fuel cell main body 1 is stopped.
[0031]
However, the abnormality determination value for the long-term stop is set to, for example, about 15% of the average value of the plurality of output voltage values, and the abnormality determination value is set to, for example, about 10% of the average value of the plurality of output voltage values. The abnormality determination value for a long-time stop is set to a value larger than the abnormality determination value.
[0032]
By the way, the operation control unit 2 determines the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state and the non-operation time from when the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped until the operation is restarted to a timer or the like. It is configured to keep time.
[0033]
The operation in which the operation control unit 2 stops the operation of the fuel cell main unit 1 based on the variation value will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, if the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state has not reached the set time (for example, one hour), one of the plurality of obtained variation values is equal to or more than the abnormality determination value for the new vehicle. Then, the operation of the fuel cell main body 1 is stopped (steps 1 to 3).
Then, after the accumulated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches the set time (for example, 1 hour), the non-operating time from when the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped to when the operation is restarted is stopped. If the operation time is shorter than the set time (steps 1 and 4), the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped when any of the obtained variation values is equal to or greater than the abnormality determination value (steps 5 and 5). 3).
[0034]
After the accumulated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches the set time (for example, 1 hour), if the non-operation time is longer than the set time, the operation of the fuel cell main unit 1 is restarted. If the set time (for example, one hour) has not elapsed since then (steps 1, 4, and 6), if any of the plurality of obtained variation values is equal to or greater than the abnormality determination value for a long-time stop, the fuel The operation of the battery body 1 is stopped (steps 7, 3).
Further, after the accumulated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches the set time (for example, 1 hour), even if the non-operation time is longer than the set time, the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped. If a set time (for example, one hour) has elapsed after the restart (steps 1, 4, and 6), and if any of the obtained variation values exceeds the abnormality determination value, the fuel cell main unit 1 The operation is stopped (steps 5 and 3).
[0035]
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the operation control unit 2 determines whether or not the variation value among the plurality of output voltage values is in an abnormal state based on the abnormality determination value. Until the integrated operation time of the battery body 1 reaches a set time (for example, one hour), if the variation value is equal to or larger than an abnormality determination value for a new vehicle having a value larger than the abnormality determination value, it is determined that the battery is in an abnormal state. When the non-operation time from when the operation of the fuel cell main unit 1 is stopped to when the operation is restarted is shorter than the set time, if the variation value is equal to or more than the abnormality determination value, an abnormal state is established. However, it is possible to adopt and implement only one of the configurations.
[0036]
That is, the operation control unit 2 determines whether the variation value is larger than the abnormality determination value for a new vehicle until the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 from the new vehicle state reaches a set time (for example, one hour). When it is equal to or more than the abnormality determination value, it is configured to determine that the operation is in an abnormal state. When the time is less than the set time, the system is configured to determine that the state is abnormal when the variation value is equal to or larger than the abnormality determination value.
[0037]
(2) In the above embodiment, the abnormality determination value for a new vehicle and the abnormality determination value for a long-time stop are set to, for example, about 15% of the average value of a plurality of output voltage values, and are set to the same value. If the abnormality determination value for a new vehicle and the abnormality determination value for a long-time stop are larger than the abnormality determination value, they may be different values.
[0038]
(3) In the above embodiment, the operation control unit 2 constantly detects the output voltage value of each of the plurality of cells 1a while operating the fuel cell main unit 1, and outputs the plurality of output voltage values. Each of the difference voltage values between the average value and the output voltage value of each cell 1a is determined as a variation value. The variation value is the degree of variation in the output voltage value of each of the plurality of cells 1a. . For example, among the output voltage values of each of the plurality of cells 1a, a difference voltage value between the maximum output voltage value and the minimum output voltage value can be obtained as a variation value.
[0039]
(4) In the above embodiment, the abnormality determination value for a new vehicle is a constant value regardless of the lapse of time, but the abnormality determination value for a new vehicle may be changed over time.
For example, as the integrated operation time of the fuel cell main unit 1 increases, the abnormality determination value for a new vehicle decreases in a stepwise or proportional manner over time so that the abnormality determination value for a new vehicle decreases. It is also possible to set and implement.
[0040]
(5) In the above embodiment, the abnormality determination value for long-term stop is a constant value regardless of the passage of time. However, the abnormality determination value for long-term stop may be changed with time. .
For example, the abnormality determination value for a long-term stop is stepwise changed with time so that the longer the elapsed time after the restart of the operation of the fuel cell main unit 1 is, the smaller the abnormality determination value for a long-term stop is. It is also possible to set and implement such that it becomes smaller in proportion or proportionally.
[0041]
(6) In the above embodiment, the operation control unit 2 stops the operation of the fuel cell main body unit 1 when it determines that it is in an abnormal state. The processing can be changed as appropriate. For example, it is possible to perform various abnormal processing such as turning on an alarm lamp or suppressing the output of the fuel cell main body 1.
[0042]
(7) In the above-described embodiment, the integrated operation time is set to a time by counting a timer or the like. However, for example, information other than the time, such as the number of times the key is turned on or the integrated travel distance, can be used instead.
[0043]
(8) In the above embodiment, the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell device according to the present invention has been exemplified. However, the fuel cell device may be implemented as a simple fuel cell device. Changes are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle equipped with a fuel cell. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of an operation control unit.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body part 1a Cell 2 Operation control means 3 Fuel cell

Claims

A fuel cell main unit including a plurality of cells, and a fuel cell including operation control means for controlling operation of the fuel cell main unit are mounted,
The operation control means monitors an output voltage value for each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and a variation value among the plurality of output voltage values is equal to or more than an abnormality determination value. A fuel cell device configured to determine whether an abnormal state is
The operation control means, until the accumulated operation time of the fuel cell main body from the new state reaches the set time, if the variation value is equal to or greater than the abnormality determination value for a new product larger than the abnormality determination value, A fuel cell device configured to determine the abnormal state.

A fuel cell main unit including a plurality of cells, and a fuel cell including operation control means for controlling operation of the fuel cell main unit are mounted,
The operation control means monitors an output voltage value for each of the plurality of cells in a state where the fuel cell main body is operated, and a variation value among the plurality of output voltage values is equal to or more than an abnormality determination value. A fuel cell device configured to determine whether an abnormal state is
When the non-operation time from when the operation of the fuel cell main body unit is stopped until the operation is restarted is equal to or longer than a set time, the operation control unit may be configured to set the variation value to a value larger than the abnormality determination value. A fuel cell device configured to determine that the vehicle is in the abnormal state when the abnormality determination value is equal to or longer than a long-term stop abnormality determination value.