JP4145641B2

JP4145641B2 - Sensor alternative estimation control device for fuel cell system

Info

Publication number: JP4145641B2
Application number: JP2002347363A
Authority: JP
Inventors: 健一郎上田; 慎司吉川; 順司上原; 義一村上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004179127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等に用いられる燃料電池システムのセンサ代替推定制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
この種の燃料電池を用いた燃料電池システムとしては、燃料電池に反応ガス（水素ガス、エア）や冷却剤を供給する流路に各種センサを設け、これらのセンサでの検出値に応じて、燃料電池の運転を制御するものがある。
また、特許文献１には、燃料電池に供給される加熱空気の滞留を防いで、高温を嫌う検知器（センサ）の故障を低減する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０３８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、何らかの原因で、燃料電池の状態を検出するセンサのいずれかが故障した場合には、上述した燃料電池の運転を制御できず、燃料電池の機能や信頼性を確保する上で障害となるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池の状態を検出するセンサのいずれかが故障した場合であっても、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる燃料電池システムのセンサ代替推定制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明の請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１）と、前記燃料電池に酸化剤を供給する回転式の酸化剤供給器（例えば、実施の形態におけるエアコンプレッサ３）と、前記酸化剤供給器へ供給される酸化剤の温度を検出する酸化剤吸入温度センサ（例えば、実施の形態におけるエア温度センサ１３）と、前記酸化剤供給流路（例えば、実施の形態におけるエア供給流路７）の酸化剤質量流量を検出する酸化剤流量センサ（例えば、実施の形態におけるエア流量センサ１６）と、これらを制御する制御装置（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ１４）と、を備え、該制御装置が、前記酸化剤流量センサの故障を検知した際、前記燃料電池の目標発電量を所定値以下に制限し、前記酸化剤供給器に対する回転数指令値を用いて酸化剤体積流量を算出し、前記酸化剤吸入温度センサからの信号値と前記酸化剤体積流量とから酸化剤質量流量を推定して、燃料電池システムの諸制御に用いることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記酸化剤流量センサの故障を検知した際に、前記酸化剤体積流量と前記信号値とから酸化剤質量流量を推定することができるため、この推定した酸化剤質量流量により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料貯蔵器と、前記燃料電池の発電電流を検出する発電電流センサと、前記燃料電池に供給される燃料圧力を検出する燃料入口圧センサと、前記燃料電池から排出される燃料圧力を検出する燃料出口圧センサと、これらを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、前記燃料入口圧センサの故障を検知した際、前記発電電流センサからの信号値から燃料電池での燃料圧力損失値を算出して、該燃料圧力損失値と前記燃料出口圧センサからの信号値とから燃料電池入口燃料圧を推定して、燃料電池システムの諸制御に用いることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記燃料入口圧センサの故障を検知した際に、前記発電電流からの信号値から算出された燃料圧力損失値と、前記出口圧センサからの信号値とにより燃料電池入口燃料圧を推定することができるため、この推定した燃料電池入口燃料圧により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池に冷却剤を供給する回転式の冷却剤供給器と、前記燃料電池に供給される冷却剤圧力を検出する冷却剤入口圧センサと、前記燃料電池から排出される冷却剤圧力を検出する冷却剤出口圧センサと、これらを制御する制御装置と、を備え、該制御装置が、前記冷却剤入口圧センサの故障を検知した際、前記冷却剤供給器に対する回転数指令値を用いて燃料電池での冷却剤圧力損失値を算出し、該冷却剤圧力損失値と前記冷却剤出口圧センサからの信号値とから燃料電池入口冷却剤圧を推定して、燃料電池システムの諸制御に用いることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記冷却剤入口圧センサの故障を検知した際に、算出された冷却剤圧力損失値と、前記出口圧センサからの信号値とにより燃料電池入口冷却剤圧を推定することができるため、この推定した燃料電池入口冷却剤圧により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料電池システムの実施の形態を図１の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなる。
前記燃料電池１には、水素供給システム２が水素ガス供給流路６を介して接続されている。前記水素供給システム２は、水素タンク等の水素供給源を備え、該水素供給源から前記水素ガス供給流路６を介して燃料電池１のアノードに水素ガスを供給する。
【００１４】
また、前記燃料電池１には、エアコンプレッサ３がエア供給流路７を介して接続されている。前記エアコンプレッサ３は、前記エア供給流路７を介して燃料電池１のカソードに空気（酸化剤ガス）を供給する。
【００１５】
前記燃料電池１は、アノードに燃料として水素ガスを供給され、カソードに酸化剤として酸素を含むエアを供給されると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
前記エアは発電に供された後、燃料電池１のカソードからエアオフガスとしてエア排出流路２１を介して排気部（図示せず）に排出される。
【００１６】
なお、燃料電池１に供給された水素ガスは発電に供された後、未反応の水素ガスが水素オフガスとして燃料電池１のアノードから水素オフガス循環流路１８に排出され、再び燃料電池１のアノードに供給されるようになっている。また、前記循環流路１８は排出流路（図示せず）に接続され、該排出流路を介して水素オフガスの一部が排気部（図示せず）に排出される。
【００１７】
前記燃料電池１には、冷却ポンプ４が冷却水循環流路９を介して接続されている。前記冷却ポンプ４により、前記冷却水循環流路９内の冷却水が燃料電池１のセル間に供給される。このように冷却剤である冷却水を燃料電池１に循環させることで、発電時の発熱による燃料電池１の温度上昇を抑制して、燃料電池１を適正な温度で運転させることができる。
【００１８】
燃料電池システムには、各種センサが設けられている。すなわち、エア供給流路７の、エアコンプレッサ３の上流側には、エア流量センサ１６と、エア温度センサ１３とが設けられている。前記エア流量センサ１６、エア温度センサ１３は、燃料電池のカソード極に供給されるエア流量ＱＮＡ、エア温度ＴＡをそれぞれ検出する。
【００１９】
また、前記水素ガス供給流路６、水素オフガス循環流路１８には、それぞれ水素入口圧力センサ１５、水素出口圧力センサ１９が設けられている。これらのセンサ１５、１９は、燃料電池のアノード極に供給、排出される水素圧力ＰＨＩＮ、ＰＨＯＵＴをそれぞれ検出する。
【００２０】
また、前記冷却水循環流路９の燃料電池１入口側と出口側には、それぞれ冷却水入口圧力センサ１７、冷却水出口圧力センサ２０が設けられている。これらのセンサ１７、２０は、燃料電池１に供給、排出される冷却水圧力ＰＷＩＮ、ＰＷＯＵＴをそれぞれ検出する。
【００２１】
また、燃料電池１には電流センサ１２が設けられ、この電流センサ１２は燃料電池１での発電電流ＩＦＣを検出する。
【００２２】
本実施の形態における燃料電池システムは、制御装置（ＥＣＵ：Electric Control Unit）１４を備えている。該ＥＣＵ１４は、上述した各センサ１６、１３、１５、１９、１７、２０、１２での検出値に基づいて、各機器３、４の制御を行う。
【００２３】
このように構成された燃料電池システムにおけるセンサ代替制御について、図２〜図４を用いて説明する。
図２は図１に示した燃料電池システムのエア流量センサ代替制御を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１２で、エア流量センサ（ＱＮＡセンサ）９が故障しているかどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１４に進み、以下に示す代替制御を行う。また、ステップＳ１２の判定結果がＮＯであれば、代替制御を行う必要はないので一連の処理を終了する。なお、センサ９の故障は、センサ９で検出される信号電圧の値により判定することができる。例えば、正常機能時に０．５Ｖ〜４．５Ｖの信号電圧を示すセンサが、信号送信系の故障では５Ｖのみしか示さなくなり、センサ電源系の故障では０Ｖのみしか示さなくなる等の事象を利用して故障判定が可能である。こうした故障判定の手法については、後述するセンサ１５、１７においても同様である。
【００２４】
ステップＳ１４では、燃料電池１での目標発電量を所定値Ｉ１以下に制限する。これにより、燃料電池の機能や信頼性を確保した状態で運転させることができる。そして、ステップＳ１６で、テーブル１によりコンプレッサ回転数指令値ＮＣからエア体積流量ＱＡを算出する（図５参照）。
そして、ステップＳ１８で式（１）によりエア質量流量ＱＮＡを算出する。
式（１）：ＱＮＡ＝ＱＡ×２７３／ＴＡ
そして、一連の処理を終了する。この算出したエア質量流量により、燃料電池１の諸制御（燃料電池１の発電電流制限、コンプレッサ３の回転数のフィードバック制御等）を行う。
【００２５】
このように、前記エア流量センサ１６が故障しても、エア質量流量を推定することができるため、推定したエア質量流量により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池１の信頼性を確保することができる。
【００２６】
図３は図１に示した燃料電池システムの水素入口圧力センサ代替制御を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２２で、水素入口圧力センサ（ＰＨＩＮセンサ）１５が故障しているかどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２４に進み、以下に示す代替制御を行う。また、ステップＳ２４の判定結果がＮＯであれば、代替制御を行う必要はないので、一連の処理を終了する。
【００２７】
ステップＳ２４では、燃料電池１での目標発電量を所定値Ｉ２以下に制限する。これにより、燃料電池の機能や信頼性を確保した状態で運転させることができる。そして、ステップＳ２６で、テーブル２により発電電流ＩＦＣからアノード極圧力損失ＰＤＨを算出する（図６参照）。そして、ステップＳ２８で、出口水素圧力ＰＨＯＵＴとアノード極圧力損失ＰＤＨとを加算して入口水素圧力ＰＷＩＮを算出する。そして、一連の処理を終了する。この算出した入口水素圧力により、燃料電池１の諸制御（燃料電池１の差圧保護制限、発電電流制限等）を行う。
【００２８】
このように、前記水素入口圧力センサ１５が故障しても、水素入口圧力を推定することができるため、推定した水素入口圧力により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池１の信頼性を確保することができる。
【００２９】
図４は図１に示した燃料電池システムの冷却水入口圧力センサ代替制御を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３２で、冷却水入口圧力センサ（ＰＷＩＮセンサ）１７が故障しているかどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３４に進み、以下に示す代替制御を行う。また、ステップＳ３２の判定結果がＮＯであれば、代替制御を行う必要はないので一連の処理を終了する。
【００３０】
ステップＳ３４では、燃料電池１での目標発電量を所定値Ｉ３以下に制限する。これにより、燃料電池の機能や信頼性を確保した状態で運転させることができる。そして、ステップＳ３６で、テーブル３によりコンプレッサ回転数指令値ＮＷから冷却水圧力損失ＰＤＷを算出する（図７参照）。
そして、ステップＳ３８で出口冷却水圧力ＰＷＯＵＴと冷却水圧力損失ＰＤＷとを加算して、入口冷却水圧力ＰＷＩＮを算出する。そして、一連の処理を終了する。この算出した入口冷却水圧力により、燃料電池１の諸制御（燃料電池１の差圧保護制限等）を行う。
【００３１】
このように、前記冷却水入口圧力センサ１７が故障しても、冷却水入口圧力を推定することができるため、推定した冷却水入口圧力により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池１の信頼性を確保することができる。
【００３２】
なお、本発明における燃料電池システムは、上述した実施の形態のみに限られるものではない。また、前記燃料電池システムは、燃料電池自動車に好適に用いることができるが、他の用途、例えば燃料電池搭載のオートバイやロボット、定置型やポータブル型の燃料電池システムにも適用することができるのはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、前記酸化剤流量センサが故障しても、酸化剤質量流量を推定することができるため、推定した酸化剤質量流量により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、前記燃料入口圧センサが故障しても、燃料電池入口燃料圧を推定することができるため、この推定した燃料電池入口燃料圧により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる。
【００３５】
請求項３に係る発明によれば、前記冷却剤入口圧センサが故障しても、冷却剤圧を推定することができるため、この推定した燃料電池入口冷却剤圧により燃料電池システムの諸制御を行うことができ、燃料電池の機能や信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムのエア流量センサ代替制御を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した燃料電池システムにおける水素入口圧力センサ代替制御を示すフローチャートである。
【図４】図１に示した燃料電池システムにおける冷却水入口圧力センサ代替制御を示すフローチャートである。
【図５】図２に示したフローチャートに使用されるエア体積流量とコンプレッサ回転指令値の関係を示すグラフである。
【図６】図３に示したフローチャートに使用される水素極圧力損失と発電電流の関係を示すグラフである。
【図７】図４に示したフローチャートに使用される冷却ポンプ回転数指令と冷却水圧力損失の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１燃料電池
２水素供給システム
３エアコンプレッサ
４冷却ポンプ
６水素ガス供給流路
７エア供給流路
９冷却剤循環流路
１４ＥＣＵ
１５水素入口圧力センサ
１６エア流量圧力センサ
１７冷却剤入口圧力センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor alternative estimation control device for a fuel cell system used in a fuel cell vehicle or the like.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like includes an anode and a cathode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the anode, and an oxidant gas (for example, oxygen or oxygen) is supplied to the cathode. There is a type in which chemical energy related to the oxidation-reduction reaction of these gases is directly extracted as electric energy.
[0003]
As a fuel cell system using this type of fuel cell, various sensors are provided in a flow path for supplying a reaction gas (hydrogen gas, air) or a coolant to the fuel cell, and according to the detection values of these sensors, Some control the operation of the fuel cell.
Patent Document 1 proposes a technique that prevents the stay of heated air supplied to the fuel cell and reduces the failure of a detector (sensor) that dislikes high temperatures (see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-20385
[Problems to be solved by the invention]
However, if any of the sensors that detect the state of the fuel cell fails for some reason, the operation of the fuel cell cannot be controlled, which is an obstacle to securing the function and reliability of the fuel cell. There was a problem.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can ensure the function and reliability of a fuel cell even when any of the sensors that detect the state of the fuel cell fails. An object of the present invention is to provide a sensor alternative estimation control device for a fuel cell system.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention made to achieve the above object includes a fuel cell (for example, the fuel cell 1 in the embodiment) and a rotary oxidant supply for supplying an oxidant to the fuel cell. A vessel (for example, the air compressor 3 in the embodiment), an oxidant suction temperature sensor (for example, the air temperature sensor 13 in the embodiment) for detecting the temperature of the oxidant supplied to the oxidant supply device , An oxidant flow sensor (for example, the air flow sensor 16 in the embodiment) that detects an oxidant mass flow rate in the oxidant supply channel (for example, the air supply channel 7 in the embodiment), and a control device that controls these sensors. (e.g., ECU 14 in the embodiment) and includes a restriction control device, when detecting a failure of the oxidizer flow rate sensor, the target power generation amount of the fuel cell below a predetermined value , Using said rotation speed command value for the oxidant supply device calculates the oxidant volume flow rate, to estimate the oxidant mass flow rate from the signal value from the oxidant intake temperature sensor and the oxidant volume flow rate, the fuel It is used for various controls of a battery system.
[0008]
According to the present invention, when the failure of the oxidant flow sensor is detected, the oxidant mass flow rate can be estimated from the oxidant volume flow rate and the signal value. Various controls of the fuel cell system can be performed, and the function and reliability of the fuel cell can be ensured.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a fuel reservoir for supplying fuel to the fuel cell, a generated current sensor for detecting a generated current of the fuel cell, and a fuel pressure supplied to the fuel cell. A fuel inlet pressure sensor for detecting the fuel pressure, a fuel outlet pressure sensor for detecting the fuel pressure discharged from the fuel cell, and a control device for controlling the fuel inlet pressure sensor, and the control device detects a failure of the fuel inlet pressure sensor. When detected, the fuel pressure loss value at the fuel cell is calculated from the signal value from the generated current sensor, and the fuel pressure at the fuel cell inlet is estimated from the fuel pressure loss value and the signal value from the fuel outlet pressure sensor. Thus, it is used for various controls of the fuel cell system.
[0010]
According to this invention, when a failure of the fuel inlet pressure sensor is detected, the fuel cell inlet fuel is calculated based on the fuel pressure loss value calculated from the signal value from the generated current and the signal value from the outlet pressure sensor. Since the pressure can be estimated, various controls of the fuel cell system can be performed by the estimated fuel cell inlet fuel pressure, and the function and reliability of the fuel cell can be ensured.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a rotary coolant supplier for supplying a coolant to the fuel cell, and a coolant inlet pressure sensor for detecting a coolant pressure supplied to the fuel cell. And a coolant outlet pressure sensor for detecting the coolant pressure discharged from the fuel cell, and a control device for controlling these, and when the control device detects a failure of the coolant inlet pressure sensor Then, the coolant pressure loss value in the fuel cell is calculated using the rotational speed command value for the coolant supply device, and the fuel cell inlet cooling is performed from the coolant pressure loss value and the signal value from the coolant outlet pressure sensor. The agent pressure is estimated and used for various controls of the fuel cell system.
[0012]
According to this invention, when the failure of the coolant inlet pressure sensor is detected, the fuel cell inlet coolant pressure is estimated from the calculated coolant pressure loss value and the signal value from the outlet pressure sensor. Therefore, various controls of the fuel cell system can be performed by the estimated fuel cell inlet coolant pressure, and the function and reliability of the fuel cell can be ensured.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawing of FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
The fuel cell 1 includes a stack formed by stacking a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between an anode and a cathode from both sides.
A hydrogen supply system 2 is connected to the fuel cell 1 via a hydrogen gas supply channel 6. The hydrogen supply system 2 includes a hydrogen supply source such as a hydrogen tank, and supplies hydrogen gas from the hydrogen supply source to the anode of the fuel cell 1 through the hydrogen gas supply channel 6.
[0014]
An air compressor 3 is connected to the fuel cell 1 through an air supply flow path 7. The air compressor 3 supplies air (oxidant gas) to the cathode of the fuel cell 1 through the air supply flow path 7.
[0015]
In the fuel cell 1, when hydrogen gas is supplied as fuel to the anode and air containing oxygen as oxidant is supplied to the cathode, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode pass through the solid polymer electrolyte membrane. Then, it moves to the cathode and generates electricity by causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode to generate water.
After the air is used for power generation, it is discharged from the cathode of the fuel cell 1 to the exhaust section (not shown) through the air discharge passage 21 as air off gas.
[0016]
The hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, and then unreacted hydrogen gas is discharged as hydrogen off-gas from the anode of the fuel cell 1 to the hydrogen off-gas circulation channel 18 and again to the anode of the fuel cell 1. To be supplied. The circulation flow path 18 is connected to a discharge flow path (not shown), and a part of the hydrogen off-gas is discharged to an exhaust section (not shown) through the discharge flow path.
[0017]
A cooling pump 4 is connected to the fuel cell 1 through a cooling water circulation passage 9. The cooling water in the cooling water circulation passage 9 is supplied between the cells of the fuel cell 1 by the cooling pump 4. By circulating the coolant, which is the coolant, in the fuel cell 1 in this manner, the temperature increase of the fuel cell 1 due to heat generation during power generation can be suppressed, and the fuel cell 1 can be operated at an appropriate temperature.
[0018]
Various sensors are provided in the fuel cell system. That is, an air flow rate sensor 16 and an air temperature sensor 13 are provided on the upstream side of the air compressor 3 in the air supply flow path 7. The air flow sensor 16 and the air temperature sensor 13 detect an air flow rate QNA and an air temperature TA supplied to the cathode electrode of the fuel cell, respectively.
[0019]
Further, a hydrogen inlet pressure sensor 15 and a hydrogen outlet pressure sensor 19 are provided in the hydrogen gas supply channel 6 and the hydrogen off-gas circulation channel 18, respectively. These sensors 15 and 19 detect hydrogen pressures PHIN and PHOUT supplied to and discharged from the anode electrode of the fuel cell, respectively.
[0020]
A cooling water inlet pressure sensor 17 and a cooling water outlet pressure sensor 20 are provided on the inlet side and the outlet side of the fuel cell 1 in the cooling water circulation passage 9, respectively. These sensors 17 and 20 detect cooling water pressures PWIN and PWOUT supplied to and discharged from the fuel cell 1, respectively.
[0021]
Further, the fuel cell 1 is provided with a current sensor 12, and the current sensor 12 detects a generated current IFC in the fuel cell 1.
[0022]
The fuel cell system in the present embodiment includes a control device (ECU: Electric Control Unit) 14. The ECU 14 controls the devices 3 and 4 based on the detection values of the sensors 16, 13, 15, 19, 17, 20, and 12 described above.
[0023]
Sensor substitution control in the fuel cell system configured as described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a flowchart showing air flow sensor alternative control of the fuel cell system shown in FIG.
First, in step S12, it is determined whether or not the air flow sensor (QNA sensor) 9 has failed. If the determination result is YES, the process proceeds to step S14, and the following alternative control is performed. If the determination result in step S12 is NO, it is not necessary to perform alternative control, and the series of processes is terminated. The failure of the sensor 9 can be determined by the value of the signal voltage detected by the sensor 9. For example, a sensor that shows a signal voltage of 0.5 V to 4.5 V during normal function only shows 5 V when the signal transmission system fails, and only 0 V when the sensor power supply system fails. Failure determination is possible. This failure determination method is the same for the sensors 15 and 17 described later.
[0024]
In step S14, the target power generation amount in the fuel cell 1 is limited to a predetermined value I1 or less. Thereby, it can be made to operate in the state where the function and reliability of the fuel cell were secured. In step S16, the air volume flow rate QA is calculated from the compressor rotation speed command value NC by using the table 1 (see FIG. 5).
In step S18, the air mass flow rate QNA is calculated from the equation (1).
Formula (1): QNA = QA × 273 / TA
Then, a series of processing ends. Various controls of the fuel cell 1 (limitation of the generated current of the fuel cell 1, feedback control of the rotation speed of the compressor 3, etc.) are performed based on the calculated air mass flow rate.
[0025]
Thus, even if the air flow sensor 16 breaks down, the air mass flow rate can be estimated. Therefore, various controls of the fuel cell system can be performed based on the estimated air mass flow rate, and the reliability of the fuel cell 1 is improved. Can be secured.
[0026]
FIG. 3 is a flowchart showing hydrogen inlet pressure sensor alternative control of the fuel cell system shown in FIG. First, in step S22, it is determined whether or not the hydrogen inlet pressure sensor (PHIN sensor) 15 has failed. If the determination result is YES, the process proceeds to step S24, and the following alternative control is performed. If the determination result in step S24 is NO, it is not necessary to perform alternative control, and the series of processes is terminated.
[0027]
In step S24, the target power generation amount in the fuel cell 1 is limited to a predetermined value I2 or less. Thereby, it can be made to operate in the state where the function and reliability of the fuel cell were secured. In step S26, the anode pole pressure loss PDH is calculated from the generated current IFC using the table 2 (see FIG. 6). In step S28, the inlet hydrogen pressure PWIN is calculated by adding the outlet hydrogen pressure PHOUT and the anode pole pressure loss PDH. Then, a series of processing ends. Various controls of the fuel cell 1 (difference pressure protection limitation, generation current limitation, etc. of the fuel cell 1) are performed by the calculated inlet hydrogen pressure.
[0028]
Thus, even if the hydrogen inlet pressure sensor 15 breaks down, the hydrogen inlet pressure can be estimated. Therefore, various controls of the fuel cell system can be performed based on the estimated hydrogen inlet pressure. Sex can be secured.
[0029]
FIG. 4 is a flowchart showing alternative control of the coolant inlet pressure sensor of the fuel cell system shown in FIG. First, in step S32, it is determined whether or not the cooling water inlet pressure sensor (PWIN sensor) 17 has failed. If the determination result is YES, the process proceeds to step S34, and the following alternative control is performed. If the determination result in step S32 is NO, it is not necessary to perform alternative control, and the series of processes is terminated.
[0030]
In step S34, the target power generation amount in the fuel cell 1 is limited to a predetermined value I3 or less. Thereby, it can be made to operate in the state where the function and reliability of the fuel cell were secured. In step S36, the cooling water pressure loss PDW is calculated from the compressor rotation speed command value NW using the table 3 (see FIG. 7).
In step S38, the outlet cooling water pressure PWOUT and the cooling water pressure loss PDW are added to calculate the inlet cooling water pressure PWIN. Then, a series of processing ends. Various controls of the fuel cell 1 (such as limiting the differential pressure protection of the fuel cell 1) are performed based on the calculated inlet cooling water pressure.
[0031]
Thus, even if the cooling water inlet pressure sensor 17 fails, the cooling water inlet pressure can be estimated. Therefore, various controls of the fuel cell system can be performed with the estimated cooling water inlet pressure, and the fuel cell 1 reliability can be ensured.
[0032]
The fuel cell system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The fuel cell system can be suitably used for a fuel cell vehicle, but can also be applied to other uses, for example, a motorcycle or a robot equipped with a fuel cell, a stationary type or a portable type fuel cell system. Of course.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the oxidant mass flow rate can be estimated even if the oxidant flow rate sensor fails. Various controls can be performed, and the function and reliability of the fuel cell can be ensured.
[0034]
According to the second aspect of the present invention, since the fuel pressure at the fuel cell inlet can be estimated even if the fuel inlet pressure sensor fails, various controls of the fuel cell system can be performed using the estimated fuel pressure at the fuel cell inlet. It is possible to ensure the function and reliability of the fuel cell.
[0035]
According to the invention of claim 3, since the coolant pressure can be estimated even if the coolant inlet pressure sensor fails, various controls of the fuel cell system are performed based on the estimated fuel cell inlet coolant pressure. It is possible to ensure the function and reliability of the fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing air flow sensor alternative control of the fuel cell system shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing hydrogen inlet pressure sensor alternative control in the fuel cell system shown in FIG. 1;
4 is a flowchart showing alternative control of a cooling water inlet pressure sensor in the fuel cell system shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an air volume flow rate and a compressor rotation command value used in the flowchart shown in FIG. 2;
6 is a graph showing the relationship between hydrogen pole pressure loss and generated current used in the flowchart shown in FIG. 3. FIG.
7 is a graph showing a relationship between a cooling pump rotational speed command and a cooling water pressure loss used in the flowchart shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Hydrogen supply system 3 Air compressor 4 Cooling pump 6 Hydrogen gas supply flow path 7 Air supply flow path 9 Coolant circulation flow path 14 ECU
15 Hydrogen inlet pressure sensor 16 Air flow pressure sensor 17 Coolant inlet pressure sensor

Claims

A fuel cell;
A rotary oxidant supplier for supplying an oxidant to the fuel cell;
An oxidant intake temperature sensor for detecting the temperature of the oxidation agent supplied to the oxidizing agent supply unit,
An oxidant flow sensor for detecting an oxidant mass flow rate in the oxidant supply flow path;
A control device for controlling these,
When the controller detects a failure of the oxidant flow sensor,
Limiting the target power generation amount of the fuel cell to a predetermined value or less,
Calculate the oxidant volume flow rate using the rotational speed command value for the oxidant feeder,
Estimating the oxidant mass flow rate from the signal value from the oxidant intake temperature sensor and the oxidant volume flow rate,
A sensor alternative estimation control device for a fuel cell system, which is used for various controls of the fuel cell system.

A fuel cell;
A fuel reservoir for supplying fuel to the fuel cell;
A generated current sensor for detecting the generated current of the fuel cell;
A fuel inlet pressure sensor for detecting a fuel pressure supplied to the fuel cell;
A fuel outlet pressure sensor for detecting a fuel pressure discharged from the fuel cell;
And a control device for controlling these,
When the control device detects a failure of the fuel inlet pressure sensor,
Calculate the fuel pressure loss value in the fuel cell from the signal value from the generated current sensor,
A fuel cell inlet fuel pressure is estimated from the fuel pressure loss value and a signal value from the fuel outlet pressure sensor,
A sensor alternative estimation control device for a fuel cell system, which is used for various controls of the fuel cell system.

A fuel cell;
A rotary coolant supplier for supplying coolant to the fuel cell;
A coolant inlet pressure sensor for detecting a coolant pressure supplied to the fuel cell;
A coolant outlet pressure sensor for detecting a coolant pressure discharged from the fuel cell;
A control device for controlling these,
When the control device detects a failure of the coolant inlet pressure sensor,
Calculate the coolant pressure loss value in the fuel cell using the rotational speed command value for the coolant supplier,
Estimating the fuel cell inlet coolant pressure from the coolant pressure loss value and the signal value from the coolant outlet pressure sensor,
A sensor alternative estimation control device for a fuel cell system, which is used for various controls of the fuel cell system.