JP2005302304A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To fully suppress deterioration in the catalyst performance of a fuel cell by reliably preventing a battery voltage from rising after an internal load is shut off in a fuel cell system for voltage reduction operation in stopping when a system stops. <P>SOLUTION: When a system stop signal is inputted, a stop processing control section 101 of a control unit 100 starts stopping processing, such as the stopping of air supply and the connection of an internal load while hydrogen supply continues. A threshold setting section 102 reads information for indicating the situation of the fuel cell system when the system fails such as the temperature of a fuel cell stack when the system fails, and sets a threshold for determining timing for separating the internal load accordingly. Then, an internal load separation control section 103 obtains the voltage value of a fuel battery stack such as an average cell voltage from the detection value of a cell voltage monitor, and separates the internal load from the fuel cell stack when the value decreases to a threshold set by the threshold setting section 102 or smaller. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、水素を含む燃料ガス及び空気等の酸化剤ガスの供給により発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関するものであり、特に、システム停止時の運転制御の改良に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas such as air, and particularly relates to improvement of operation control when the system is stopped.

近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、水素を含む燃料ガス及び空気等の酸化剤ガスを電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置である。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、自動車等の移動体用電源としての用途が期待されている。   Fuel cell technology that enables clean exhaust and high energy efficiency is attracting attention as a countermeasure against environmental problems in recent years, particularly air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming caused by carbon dioxide. A fuel cell is an energy conversion device that supplies a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas such as air to an electrolyte / electrode catalyst complex, causes an electrochemical reaction, and converts chemical energy into electrical energy. Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is easy to downsize at low cost and has a high output density, so that it can be used as a power source for mobile objects such as automobiles. Is expected.

ところで、以上のような燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転を停止する場合には、通常、各流体（燃料ガス及び酸化剤ガス）の圧力を低下させる停止運転を行うが、このような通常の停止運転が終了した直後の燃料電池は、高電位無負荷状態にある。燃料電池は、高電位無負荷状態で放置すると触媒能の劣化を招くため、通常停止運転終了後、電位を低下させなければならない。   By the way, in the fuel cell system including the fuel cell as described above, when the operation of the fuel cell is stopped, the stop operation for reducing the pressure of each fluid (fuel gas and oxidant gas) is usually performed. The fuel cell immediately after the end of the normal stop operation is in a high potential no-load state. If the fuel cell is left in a high potential no-load state, the catalytic performance is deteriorated. Therefore, the potential must be lowered after the normal stop operation is completed.

このような観点から、通常の停止運転を終了した後、燃料電池の電圧を低下させるための停止時電圧低下運転を行い、燃料電池の電圧が所定の電圧に低下した時点で、燃料電池への燃料ガスの供給を停止する燃料電池の停止方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。   From this point of view, after the normal stop operation is completed, a stop-time voltage reduction operation for reducing the voltage of the fuel cell is performed, and when the fuel cell voltage drops to a predetermined voltage, A fuel cell stopping method for stopping the supply of fuel gas has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載の燃料電池の停止方法では、外部負荷との遮断を行い、燃料ガスの供給を継続した状態で酸化剤ガスの供給を停止し、内部負荷をかける第一のステップ（停止時電圧低下運転）と、電池電圧が所定の電圧に低下した時点で燃料ガスの供給を停止し、内部負荷のスイッチをオフして内部負荷を遮断する第二のステップとを行うようにしている。
特開平６−３３３５８６号公報 In the method of stopping the fuel cell described in Patent Document 1, the first step of stopping the supply of the oxidant gas in a state where the supply of the fuel gas is interrupted and shutting off the external load and applying the internal load (at the time of the stop) The voltage reduction operation) and the second step of shutting off the internal load and shutting off the internal load by stopping the supply of the fuel gas when the battery voltage drops to a predetermined voltage are performed.
JP-A-6-333586

しかしながら、前記特許文献１に記載される方法では、電池電圧が所定の電圧に低下したときに内部負荷のスイッチをオフして内部負荷を燃料電池から遮断するようにしており、例えば、停止時電圧低下運転の運転時間短縮を図るために内部負荷として比較的小さい抵抗値のものを用いて電池電圧を急速に低下させた場合には、内部負荷の遮断を行った後に、再度電池電圧が上昇してしまうことも考えられる。   However, in the method described in Patent Document 1, when the battery voltage drops to a predetermined voltage, the switch of the internal load is turned off to cut off the internal load from the fuel cell. If the battery voltage is rapidly reduced using a relatively low resistance internal load in order to shorten the operation time of the reduced operation, the battery voltage will rise again after the internal load is shut off. It is also possible that

ここで、内部負荷遮断後に電池電圧の上昇が起きるか否かは、停止時における燃料電池の状態やシステムの状況、セル電圧のばらつき等にも依存するが、前記特許文献１に記載される方法では、停止時における燃料電池の状態やシステムの状況、セル電圧のばらつき等を考慮することなく内部負荷の遮断を行うようにしているので、以上のような内部負荷遮断後の電池電圧の上昇を確実に防止することが難しく、燃料電池の触媒能劣化を十分に抑制できない場合がある。   Here, whether or not the battery voltage rises after the internal load is interrupted depends on the state of the fuel cell at the time of the stop, the state of the system, the variation in the cell voltage, and the like, but the method described in Patent Document 1 above. In this case, the internal load is shut off without considering the fuel cell status, system status, cell voltage variation, etc. at the time of stoppage. It may be difficult to reliably prevent the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell in some cases.

本発明は、以上のような従来技術の有する課題を解決すべく提案されたものであり、内部負荷遮断後の電池電圧の上昇を確実に防止して、燃料電池の触媒能劣化を十分に抑制することが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and reliably prevents the battery voltage from rising after the internal load is cut off, thereby sufficiently suppressing the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be used.

本発明に係る燃料電池システムは、システム停止時に、燃料電池に内部負荷を接続すると共に、燃料電池への酸化剤ガスの供給を停止して燃料ガスの供給のみを継続し、燃料電池内の酸化剤極側に残存する酸素を消費させて燃料電池の電圧を低下させる停止時電圧低下運転を行うものである。このような燃料電池システムにおいて、本発明では、燃料電池の電圧を電池電圧検出手段で検出し、燃料電池の電圧が閾値以下まで低下した段階で、内部負荷切り離し制御手段が燃料電池から内部負荷を切り離すようにしており、このときの内部負荷切り離しタイミングの基準となる閾値を、閾値変更手段がシステム停止時における燃料電池システムの状況に応じて変化させるようにしている。   The fuel cell system according to the present invention connects the internal load to the fuel cell when the system is stopped, stops the supply of the oxidant gas to the fuel cell, and continues the supply of the fuel gas only. A stop-time voltage reduction operation is performed in which the oxygen remaining on the agent electrode side is consumed to reduce the voltage of the fuel cell. In such a fuel cell system, in the present invention, the voltage of the fuel cell is detected by the cell voltage detecting means, and when the voltage of the fuel cell is lowered to a threshold value or less, the internal load separation control means removes the internal load from the fuel cell. The threshold value that serves as a reference for the internal load separation timing at this time is changed by the threshold value changing means according to the state of the fuel cell system when the system is stopped.

また、本発明に係る他の燃料電池システムは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行うものであり、燃料電池を構成する各発電セルの電圧をセル電圧検出手段で検出し、これら発電セル間における電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、内部負荷切り離し制御手段が燃料電池から内部負荷を切り離すようにしている。   Further, another fuel cell system according to the present invention performs a stop voltage reduction operation when the system is stopped, detects the voltage of each power generation cell constituting the fuel cell by a cell voltage detection means, and The internal load disconnection control means disconnects the internal load from the fuel cell at the stage where the variation in voltage at or below becomes a predetermined value or less.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池から内部負荷を切り離すタイミングが適切に制御されるので、内部負荷を切り離した後に燃料電池の電圧が再度上昇するといった問題を確実に防止して、燃料電池の触媒能劣化を十分に抑制することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the timing at which the internal load is disconnected from the fuel cell is appropriately controlled, so that it is possible to reliably prevent the problem that the voltage of the fuel cell rises again after the internal load is disconnected. Deterioration of the catalytic performance of the battery can be sufficiently suppressed.

以下、本発明を適用した燃料電池システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell system to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した燃料電池システムの全体構成を示すシステム構成図である。この燃料電池システムは、例えば燃料電池車両の駆動動力源として用いられるものであり、図１に示すように、水素及び空気の供給により発電を行う燃料電池スタック１を備える。 (First embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing the overall configuration of a fuel cell system to which the present invention is applied. This fuel cell system is used, for example, as a driving power source of a fuel cell vehicle, and includes a fuel cell stack 1 that generates power by supplying hydrogen and air as shown in FIG.

燃料電池スタック１は、燃料ガスである水素が供給される燃料極と酸化剤ガスである空気が供給される酸化剤極とが電解質を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層されたスタック構造を有しており、水素と空気中の酸素とを基にした電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池スタック１の各発電セルでは、燃料極に供給された水素が水素イオンと電子とに分離される反応が起き、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極にそれぞれ移動する。酸化剤極では、供給された空気中の酸素と電解質を通って移動した水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。   The fuel cell stack 1 includes a fuel cell to which hydrogen as a fuel gas and an oxidant electrode to which air as an oxidant gas is supplied are stacked with an electrolyte interposed therebetween. It has a stack structure in which power generation cells are stacked in multiple stages, and converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction based on hydrogen and oxygen in the air. In each power generation cell of the fuel cell stack 1, a reaction occurs in which hydrogen supplied to the fuel electrode is separated into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions pass through the electrolyte, and the electrons pass through an external circuit to generate electric power. , Move to the oxidizer electrode. At the oxidizer electrode, hydrogen in the supplied air reacts with hydrogen ions and electrons that have moved through the electrolyte to produce water, which is discharged to the outside.

燃料電池スタック１の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。   As the electrolyte of the fuel cell stack 1, for example, a solid polymer electrolyte membrane is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte membrane is made of an ion (proton) conductive polymer membrane such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.

燃料電池スタック１の各発電セルの電圧は、セル電圧モニタ（電池電圧検出手段）２によってモニタリングされており、その情報が燃料電池システム全体の動作制御を司るコントロールユニット１００に送られている。また、燃料電池スタック１には、当該燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ３が設置されており、その出力がコントロールユニット１００に送られている。コントロールユニット１００は、これらセル電圧モニタ２からの情報や温度センサ３からの出力により、燃料電池スタック１の発電状態や温度状態を監視している。   The voltage of each power generation cell of the fuel cell stack 1 is monitored by a cell voltage monitor (battery voltage detecting means) 2, and the information is sent to the control unit 100 that controls the operation of the entire fuel cell system. Further, the fuel cell stack 1 is provided with a temperature sensor 3 for detecting the temperature of the fuel cell stack 1, and its output is sent to the control unit 100. The control unit 100 monitors the power generation state and temperature state of the fuel cell stack 1 based on the information from the cell voltage monitor 2 and the output from the temperature sensor 3.

燃料電池スタック１で発電を行うには、燃料ガスである水素や酸化剤ガスである空気を各発電セルの燃料極や酸化剤極に供給する必要があり、燃料電池システムでは、そのための機構として水素供給系及び空気供給系が設けられている。   In order to generate power with the fuel cell stack 1, it is necessary to supply hydrogen, which is a fuel gas, or air, which is an oxidant gas, to the fuel electrode and oxidant electrode of each power generation cell. A hydrogen supply system and an air supply system are provided.

水素供給系は、例えば、水素タンク４、圧力制御弁５、水素供給流路６、エゼクタ７を備える。そして、水素供給源である水素タンク４から供給される水素が、圧力制御弁５で減圧され、水素供給流路６及びエゼクタ７を通って燃料電池スタック１の燃料極に送り込まれるようになっている。燃料電池スタック１の燃料極圧力は圧力センサ８によって検出され、コントロールユニット１００が圧力センサ８の検出値をフィードバックして圧力制御弁５の動作を制御することで、燃料電池スタック１の燃料極圧力が所望の圧力に保たれる。   The hydrogen supply system includes, for example, a hydrogen tank 4, a pressure control valve 5, a hydrogen supply flow path 6, and an ejector 7. Then, the hydrogen supplied from the hydrogen tank 4 as a hydrogen supply source is depressurized by the pressure control valve 5 and sent to the fuel electrode of the fuel cell stack 1 through the hydrogen supply flow path 6 and the ejector 7. Yes. The fuel electrode pressure of the fuel cell stack 1 is detected by the pressure sensor 8, and the control unit 100 feeds back the detection value of the pressure sensor 8 to control the operation of the pressure control valve 5. Is maintained at the desired pressure.

燃料電池スタック１では供給された水素が全て消費されるわけではなく、残った水素（燃料電池スタック１の燃料極から排出される水素）は、新たに水素タンク４から供給されて水素供給流路６を流れる水素とエゼクタ７にて混合されて、再度燃料電池スタック１の燃料極に供給される。このため、燃料電池スタック１の燃料極出口側には水素循環流路９が接続されており、燃料電池スタック１の燃料極から排出される水素が水素循環流路９を通ってエゼクタ７に環流されるようになっている。エゼクタ７は、水素供給流路６を流れる水素の流体エネルギを利用して、水素循環流路９を流れる水素を循環させる。   The fuel cell stack 1 does not consume all of the supplied hydrogen, and the remaining hydrogen (hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1) is newly supplied from the hydrogen tank 4 and supplied as a hydrogen supply channel. 6 is mixed with hydrogen flowing through the ejector 7 and supplied again to the fuel electrode of the fuel cell stack 1. Therefore, a hydrogen circulation passage 9 is connected to the fuel electrode outlet side of the fuel cell stack 1, and hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1 flows back to the ejector 7 through the hydrogen circulation passage 9. It has come to be. The ejector 7 uses the fluid energy of hydrogen flowing through the hydrogen supply flow path 6 to circulate hydrogen flowing through the hydrogen circulation flow path 9.

また、燃料電池スタック１の燃料極出口側には、水素循環流路９から分岐するようにして、燃料電池スタック１の燃料極からの水素を系外に排出するための水素排気流路１０が接続されており、この水素排気流路１０の水素循環流路９との分岐位置の下流側にパージ弁１１が設けられている。このパージ弁１１は、燃料電池スタック１の燃料極から排出される水素の流路を切り替える機能を有するものであり、水素パージを行う際に開放されて、燃料電池スタック１の燃料極から排出される水素を水素排気流路１０を介して外部に排出する。   Further, a hydrogen exhaust passage 10 for discharging hydrogen from the fuel electrode of the fuel cell stack 1 out of the system so as to branch from the hydrogen circulation passage 9 on the fuel electrode outlet side of the fuel cell stack 1. A purge valve 11 is provided downstream of the branch position of the hydrogen exhaust passage 10 and the hydrogen circulation passage 9. The purge valve 11 has a function of switching the flow path of hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1, and is opened when performing hydrogen purge and discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1. Hydrogen is discharged to the outside through the hydrogen exhaust passage 10.

上述したように水素を循環させて使用する場合、水素の循環に伴って系内に窒素やＣＯ等の不純物質が蓄積される場合があり、不純物質が過度に蓄積されると水素分圧が降下して燃料電池スタック１の効率低下に繋がると共に、循環ガスの平均質量が増加するためエゼクタ７での水素循環流量が低下することになるので、このような場合には、パージ弁１１を開放して水素をパージすることで、不純物質を水素と共に水素排気流路８から系外に排出する。   As described above, when hydrogen is circulated and used, impurities such as nitrogen and CO may accumulate in the system as the hydrogen circulates. If the impurities accumulate excessively, the hydrogen partial pressure may be reduced. This lowers the efficiency of the fuel cell stack 1 and increases the average mass of the circulating gas, so that the hydrogen circulation flow rate in the ejector 7 decreases. In such a case, the purge valve 11 is opened. By purging the hydrogen, the impurity is discharged out of the system from the hydrogen exhaust passage 8 together with the hydrogen.

一方、空気供給系は、外気を吸入して燃料電池スタック１の酸化剤極に空気を圧送するためのコンプレッサ１２及び空気供給流路１３を備え、コンプレッサ１２によって空気供給流路１３内に空気が送り込まれて、燃料電池スタック１の酸化剤極へと供給されるようになっている。空気供給流路１３には、マイクロダストや硫黄分、コンプレッサ１２から排出されるオイル等をトラップするフィルタ１４が設けられており、燃料電池スタック１の酸化剤極には、このフィルタ１４で清浄化された空気が供給されることになる。   On the other hand, the air supply system includes a compressor 12 and an air supply flow path 13 for sucking outside air and pumping the air to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1, and air is introduced into the air supply flow path 13 by the compressor 12. It is fed to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1. The air supply flow path 13 is provided with a filter 14 for trapping microdust, sulfur, oil discharged from the compressor 12, and the like. The oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is cleaned by this filter 14. The supplied air will be supplied.

また、燃料電池スタック１の酸化剤極出口側には、当該燃料電池スタック１から空気を排出するための空気排気流路１５が接続されており、燃料電池スタック１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、空気排気流路１５を通して系外に排出されるようになっている。また、空気排気流路１５には圧力制御弁１６が設けられており、コントロールユニット１００によってこの圧力制御弁１６の動作が制御されることで、燃料電池スタック１の酸化剤極圧力が所望の圧力に保たれる。   Further, an air exhaust passage 15 for discharging air from the fuel cell stack 1 is connected to the oxidant electrode outlet side of the fuel cell stack 1, and oxygen and air not consumed in the fuel cell stack 1 are connected. Other components therein are discharged out of the system through the air exhaust passage 15. In addition, a pressure control valve 16 is provided in the air exhaust passage 15, and the operation of the pressure control valve 16 is controlled by the control unit 100, so that the oxidant electrode pressure of the fuel cell stack 1 is a desired pressure. To be kept.

また、空気供給系には、燃料電池スタック１の酸化剤極に供給する空気を加湿するための加湿手段が設けられている。この加湿手段は、空気供給流路１３の中途部に設けられる加湿器１７と、空気排気流路１５の圧力制御弁１６の上流位置に設けられ燃料電池スタック１で生成した水分を回収する水分凝縮装置１８、回収された回収水を収容する水タンク１９、加湿水を循環供給する水循環流路２０、水循環流路２０に設けられるバルブ２１及びポンプ２２とから構成されている。   Further, the air supply system is provided with humidifying means for humidifying the air supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1. This humidifying means includes a humidifier 17 provided in the middle of the air supply passage 13 and a moisture condensing unit that recovers moisture generated in the fuel cell stack 1 provided upstream of the pressure control valve 16 in the air exhaust passage 15. The apparatus 18 includes a water tank 19 that stores the recovered water, a water circulation channel 20 that circulates and supplies humidified water, a valve 21 provided in the water circulation channel 20, and a pump 22.

加湿手段のポンプ２２はコントロールユニット１００によって動作制御され、水タンク１９に収容された水を水循環流路２０を介して加湿器１７に圧送している。加湿器１７としては、例えば膜加湿器が用いられ、ポンプ２２により圧送された水で、燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される空気を加湿している。燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される空気の加湿状態は、酸化剤極入口側に設けられた温湿度センサ２３によって検出され、コントロールユニット１００に送られる。そして、コントロールユニット１００は、酸化剤極への空気供給によって燃料電池スタック１の運転に必要な加湿量が得られるように、温湿度センサ２３の検出値に基づいてポンプ２２の動作を制御する。なお、このポンプ２２によって加湿器１７に送られる加湿水の導電率は、導電率センサ２４によって検出されて、コントロールユニット１００に送られる。   The operation of the pump 22 of the humidifying means is controlled by the control unit 100, and the water stored in the water tank 19 is pumped to the humidifier 17 through the water circulation channel 20. As the humidifier 17, for example, a membrane humidifier is used, and the air supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is humidified with water pumped by the pump 22. The humidified state of the air supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is detected by the temperature / humidity sensor 23 provided on the oxidant electrode inlet side and sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the operation of the pump 22 based on the detection value of the temperature / humidity sensor 23 so that the humidification amount necessary for the operation of the fuel cell stack 1 can be obtained by supplying air to the oxidant electrode. The conductivity of the humidified water sent to the humidifier 17 by the pump 22 is detected by the conductivity sensor 24 and sent to the control unit 100.

加湿器１７内の余分な水は、加湿水回収流路２５を経由して水タンク１９に戻される。加湿水回収流路２５中には、圧力センサ２６及び圧力調整弁２７が設けられており、コントロールユニット１００が圧力センサ２６の検出値に応じて圧力調整弁２７の動作を制御することで、ポンプ２２から当該圧力調整弁２７までの間の圧力が略一定に保たれる。さらに、水タンク１９には水位センサ２８が設けられており、コントロールユニット１００が、この水位センサ２８の検出値から水タンク１９内の水の過不足を判定して、運転者に告知できるようになっている。   Excess water in the humidifier 17 is returned to the water tank 19 via the humidified water recovery passage 25. A pressure sensor 26 and a pressure adjustment valve 27 are provided in the humidified water recovery flow path 25, and the control unit 100 controls the operation of the pressure adjustment valve 27 according to the detection value of the pressure sensor 26, so that the pump The pressure between 22 and the pressure regulating valve 27 is kept substantially constant. Further, the water tank 19 is provided with a water level sensor 28 so that the control unit 100 can determine the excess or deficiency of the water in the water tank 19 from the detection value of the water level sensor 28 and notify the driver. It has become.

さらに、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１を冷却する冷却機構が設けられている。例えば、固体高分子電解質型の燃料電池スタック１は、適正な作動温度が８０℃程度と比較的低く、過熱時にはこれを冷却することが必要となる。冷却機構は、冷媒を循環させる冷却液循環流路２９及び冷却液ポンプ３０を有し、例えば水にエチレングリコール等の凍結防止剤を混入した冷却液を循環させて燃料電池スタック１を冷却し、これを最適な温度に維持する。   Furthermore, in the fuel cell system of the present embodiment, a cooling mechanism for cooling the fuel cell stack 1 is provided. For example, the solid polymer electrolyte fuel cell stack 1 has a relatively low proper operating temperature of about 80 ° C., and it is necessary to cool it when overheated. The cooling mechanism has a coolant circulation channel 29 and a coolant pump 30 for circulating the coolant, and cools the fuel cell stack 1 by circulating a coolant mixed with an antifreezing agent such as ethylene glycol in water, for example. This is maintained at an optimum temperature.

冷却機構の冷却液循環流路２９中には、ラジエータ３１が設けられている。ラジエータ３１は、コントロールユニット１００によって動作制御される図示しないラジエータファンにより、ラジエータ出口温度が所望の温度になるように冷却液を温度調整する。また、ラジエータ３１と並列にバイパス流路３２が設けられると共に、分岐部分にサーモスタット三方切り替え弁３３が設けられており、冷却液の温度に応じてこの三方切り替え弁３３が動作することで冷却液の流路が切り替えられる。なお、三方切り替え弁３３が冷却液の流路を切り替える温度は、例えば５０℃に設定される。   A radiator 31 is provided in the coolant circulation passage 29 of the cooling mechanism. The radiator 31 uses a radiator fan (not shown) whose operation is controlled by the control unit 100 to adjust the temperature of the coolant so that the radiator outlet temperature becomes a desired temperature. In addition, a bypass flow path 32 is provided in parallel with the radiator 31, and a thermostat three-way switching valve 33 is provided at a branch portion. The three-way switching valve 33 operates in accordance with the temperature of the cooling liquid, so that the cooling liquid is supplied. The flow path is switched. The temperature at which the three-way switching valve 33 switches the coolant flow path is set to 50 ° C., for example.

温度調整された冷却液が通る冷却液循環流路２９には、リザーバタンク３４が設けられており、冷却液の熱膨張、収縮分の吸収及び冷却液の補給等に使用される。リザーバタンク３４の上部は大気開放されており、リザーバ機能を有している。また、リザーバタンク３４の前段には、各種異物に加えてイオン等を除去するイオンフィルタ３５が設置されており、温度調整された冷却液がこのイオンフィルタ３５を通過することで、導電率の低下が図られる。なお、この冷却液の導電率は、導電率センサ３６によって検出されて、コントロールユニット１００に送られる。   A reservoir tank 34 is provided in the coolant circulation passage 29 through which the temperature-adjusted coolant flows, and is used for thermal expansion and absorption of the coolant, supply of coolant, and the like. The upper part of the reservoir tank 34 is open to the atmosphere and has a reservoir function. In addition, an ion filter 35 that removes ions and the like in addition to various foreign substances is installed in the preceding stage of the reservoir tank 34, and the temperature-adjusted cooling liquid passes through the ion filter 35, thereby reducing the conductivity. Is planned. The conductivity of the coolant is detected by the conductivity sensor 36 and sent to the control unit 100.

また、燃料電池スタック１の冷却液入口及び冷却液出口には、それぞれ温度センサ３７，３８が設置されており、燃料電池スタック１に入る前の冷却液温度が温度センサ３７により検出され、燃料電池スタック１から出た直後の冷却液温度が温度センサ３８により検出される。これら温度センサ３７，３８の検出値はコントロールユニット１００に送られ、燃料電池スタック１に設置された温度センサ３の検出値と共に、燃料電池スタック１の冷却制御に用いられる。   Further, temperature sensors 37 and 38 are respectively installed at the coolant inlet and the coolant outlet of the fuel cell stack 1, and the coolant temperature before entering the fuel cell stack 1 is detected by the temperature sensor 37, and the fuel cell. The coolant temperature immediately after exiting the stack 1 is detected by the temperature sensor 38. The detection values of these temperature sensors 37 and 38 are sent to the control unit 100 and used for cooling control of the fuel cell stack 1 together with the detection values of the temperature sensor 3 installed in the fuel cell stack 1.

コントロールユニット１００は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺インターフェース等を有するマイクロコンピュータとして構成されており、外気温を検出するための図示しない外気温センサや、燃料電池スタック１に接続されたセル電圧モニタ２、温度センサ３等の各種センサの検出値を読み込んで、その検出値に対する判断、演算結果により、各種制御信号を出力して、燃料電池システムの各部における動作を制御する。なお、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に、このコントロールユニット１００による制御のもとで、燃料電池スタック１の電圧を低下させるための停止時電圧低下運転を行うが、この停止時電圧低下運転については、詳細を後述する。   The control unit 100 is configured as a microcomputer having, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a peripheral interface, etc., and an outside air temperature sensor (not shown) for detecting the outside air temperature or a cell voltage monitor connected to the fuel cell stack 1. 2. The detection values of various sensors such as the temperature sensor 3 are read, and various control signals are output according to the determination and calculation results for the detection values, thereby controlling the operation of each part of the fuel cell system. In the fuel cell system of this embodiment, when the system is stopped, under the control by the control unit 100, the stop-time voltage reduction operation for reducing the voltage of the fuel cell stack 1 is performed. Details of the lowering operation will be described later.

次に、以上のように構成される本実施形態の燃料電池システムの通常運転時の動作について、当該燃料電池システムを燃料電池車両の駆動動力源として用いた場合を例にして簡単に説明する。   Next, the operation during normal operation of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above will be briefly described by taking as an example the case where the fuel cell system is used as a drive power source of a fuel cell vehicle.

燃料電池システムの通常運転時においては、運転者の操作によるアクセル開度に応じた出力（電力）に相応な水素量及び空気量に応じて、燃料電池スタック１の燃料極側には圧力制御弁５により圧力調整された水素の供給が行われると共に、燃料電池スタック１の酸化剤極側にはコンプレッサ１２により空気の供給が行われる。また、加湿器１７により、コンプレッサ１２からの空気が加湿された状態で燃料電池スタック１の酸化剤極へと導かれる。このとき、運転圧力については、図２に示すように運転負荷に応じて設定されるようになっており、低負荷運転では低く、高負荷運転では高く設定されている。   During normal operation of the fuel cell system, a pressure control valve is provided on the fuel electrode side of the fuel cell stack 1 according to the amount of hydrogen and the amount of air corresponding to the output (electric power) corresponding to the accelerator opening by the driver's operation. The pressure-adjusted hydrogen is supplied to the fuel cell stack 1 and the compressor 12 supplies air to the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1. Further, the humidifier 17 guides the air from the compressor 12 to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 in a humidified state. At this time, the operating pressure is set according to the operating load as shown in FIG. 2, and is set low in the low load operation and high in the high load operation.

燃料電池システムの運転に際しては、温湿度センサ２３で燃料電池スタック１の酸化剤極入口の温度及び湿度が監視されており、燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される空気の加湿量が万一不足するような場合には、運転圧力を上昇補正することで、加湿器１７の圧力も上昇させて、加湿不足にならないように補正制御する。   During the operation of the fuel cell system, the temperature and humidity of the oxidant electrode inlet of the fuel cell stack 1 are monitored by the temperature / humidity sensor 23, and the humidification amount of the air supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is large. In the case where one is insufficient, the operating pressure is corrected to increase so that the pressure of the humidifier 17 is also increased, and correction control is performed so that the humidification is not insufficient.

また、冷却液ポンプ３０は、燃料電池スタック１の発熱量に応じた流量の冷却液を燃料電池スタック１に流通すべく流量を調整し、燃料電池スタック１の温度センサ３により検出される燃料電池スタック１温度、或いは冷却機構の温度センサ３７，３８により検出された冷却液温度から推定される燃料電池スタック１の温度に応じて流量が補正されている。このとき、燃料電池スタック１の温度が極低温である場合には、冷却液がラジエータ３１を通過させずにバイパス流路３２を通過するように、サーモスタット三方切り替え弁３３が切り替えられる。ラジエータ３１の出口温度は、燃料電池スタック１の温度（温度センサ３の検出値又は温度センサ３７，３８の検出値）に応じて、図示しないラジエータファンの回転数を制御することにより、略一定温度を保つように制御されている。   In addition, the coolant pump 30 adjusts the flow rate so that the coolant having a flow rate corresponding to the heat generation amount of the fuel cell stack 1 flows through the fuel cell stack 1, and is detected by the temperature sensor 3 of the fuel cell stack 1. The flow rate is corrected according to the temperature of the fuel cell stack 1 estimated from the stack 1 temperature or the coolant temperature detected by the temperature sensors 37 and 38 of the cooling mechanism. At this time, when the temperature of the fuel cell stack 1 is extremely low, the thermostat three-way switching valve 33 is switched so that the coolant passes through the bypass passage 32 without passing through the radiator 31. The outlet temperature of the radiator 31 is controlled at a substantially constant temperature by controlling the rotational speed of a radiator fan (not shown) according to the temperature of the fuel cell stack 1 (the detected value of the temperature sensor 3 or the detected values of the temperature sensors 37 and 38). Is controlled to keep.

運転中には、空気供給系において、水分凝縮装置１８により燃料電池スタック１から排出された空気中の水分が凝縮回収され、水循環流路２０を通して水タンク１９へと導かれて加湿水として貯蔵される。   During operation, in the air supply system, moisture in the air discharged from the fuel cell stack 1 is condensed and collected by the moisture condensing device 18, led to the water tank 19 through the water circulation channel 20, and stored as humidified water. The

また、水素供給系において、燃料電池スタック１の燃料極から排出された水素は水素循環流路９及びエゼクタ７により循環されているが、運転に伴って燃料電池スタック１の固体高分子電解質膜の透過等により窒素等の不純物の濃度が次第に増加したり、水が詰まったりしてセル電圧低下を引き起こすため、セル電圧モニタ２によってセル電圧を監視し、あるセルの電圧が、セル電圧の平均値に対して所定値（例えば０．２Ｖ）以上電圧が低下した場合、或いは平均セル電圧が所定幅（例えば０．１Ｖ）以上低下した場合に、パージ弁１６を開弁させて水素循環流路６内及び燃料電池スタック１内の水素と共に不純物を外部に排出することで、セル電圧を回復させる。   In the hydrogen supply system, the hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1 is circulated by the hydrogen circulation passage 9 and the ejector 7. The cell voltage is monitored by the cell voltage monitor 2 because the concentration of impurities such as nitrogen gradually increases due to permeation or the like, or the water is clogged, and the cell voltage is monitored. When the voltage drops below a predetermined value (for example, 0.2 V), or when the average cell voltage drops by a predetermined width (for example, 0.1 V) or more, the purge valve 16 is opened to open the hydrogen circulation channel 6. The cell voltage is recovered by discharging impurities inside and the hydrogen in the fuel cell stack 1 to the outside.

ここで、平均セル電圧の低下を検出する方法としては、図３に示すように、運転時の負荷に対する燃料電池スタック１の電圧特性（Ｉ-Ｖ特性）をテーブルデータとしてコントロールユニット１００内に格納しておき、燃料電池スタック１の運転負荷に応じた、ある温度でのあるべき平均セル電圧を求め、燃料電池スタック１の温度によるセル電圧変化を補正して、あるべき平均セル電圧を求め、その値と実際の運転中に検出される平均セル電圧とを比較することで判定が可能である。更に、長期的な燃料電池スタック１の劣化を考慮し、比較的長い周期でのセル電圧低下については、学習により補正することによって、燃料電池スタック１が次第に劣化して平均セル電圧が低下した場合でも以上のような判定が可能となる。   Here, as a method for detecting a decrease in the average cell voltage, as shown in FIG. 3, the voltage characteristic (IV characteristic) of the fuel cell stack 1 with respect to the load during operation is stored in the control unit 100 as table data. In addition, the average cell voltage that should be at a certain temperature according to the operating load of the fuel cell stack 1 is obtained, the change in the cell voltage due to the temperature of the fuel cell stack 1 is corrected, the average cell voltage that is to be obtained is obtained, Determination can be made by comparing the value with the average cell voltage detected during actual operation. Further, in consideration of long-term deterioration of the fuel cell stack 1, when the cell voltage drop in a relatively long cycle is corrected by learning, the fuel cell stack 1 gradually deteriorates and the average cell voltage is lowered. However, the above determination can be made.

以上のような通常運転時の動作により、運転者のアクセル操作に応じた出力が燃料電池システムから取り出され、図示しない車両駆動用モータにより車両が駆動されることになる。そして、運転者がキーオフを行うと、システム停止信号がコントロールユニット１００に入力され、コントロールユニット１００の制御のもとで停止時電圧低下運転が行われて、システムが停止する。   As a result of the normal operation as described above, an output corresponding to the driver's accelerator operation is taken out from the fuel cell system, and the vehicle is driven by a vehicle drive motor (not shown). Then, when the driver performs key-off, a system stop signal is input to the control unit 100, and the voltage drop operation at the time of stop is performed under the control of the control unit 100, and the system is stopped.

次に、以上のような本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転について説明する。   Next, in the fuel cell system of the present embodiment as described above, the stop time voltage reduction operation that is performed when the system is stopped will be described.

本実施形態の燃料電池システムでは、停止時電圧低下運転を実施するための構成として、図４に示すように、燃料電池スタック１に内部負荷回路を接続している。内部負荷回路は、固体抵抗よりなる内部負荷４１と、この内部負荷４１の燃料電池スタック１に対する接続／非接続状態を切り替えるための切り替えスイッチ４２とを有しており、切り替えスイッチ４２がオンされて内部負荷４１が燃料電池スタック１に対して接続状態とされることで、燃料電池スタック１の発電電力が内部負荷４１で消費されるようになっている。   In the fuel cell system of the present embodiment, as shown in FIG. 4, an internal load circuit is connected to the fuel cell stack 1 as a configuration for performing the voltage reduction operation at the time of stop. The internal load circuit includes an internal load 41 made of a solid resistor and a changeover switch 42 for switching the connection / disconnection state of the internal load 41 to the fuel cell stack 1, and the changeover switch 42 is turned on. When the internal load 41 is connected to the fuel cell stack 1, the power generated by the fuel cell stack 1 is consumed by the internal load 41.

また、コントロールユニット１００には、停止時電圧低下運転を実施するための機能として、図５に示すように、停止処理制御部１０１と、閾値設定部１０２と、内部負荷切り離し制御部１０３とが設けられている。   Further, as shown in FIG. 5, the control unit 100 is provided with a stop processing control unit 101, a threshold setting unit 102, and an internal load disconnection control unit 103 as functions for performing the voltage reduction operation at the time of stop. It has been.

停止処理制御部１０１は、例えば運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたときに、停止処理を行うものである。ここで、停止処理とは、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて、燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止する一方で、水素供給系では、パージ弁１１を開放した状態で燃料電池スタック１に対する水素の供給を継続させ、また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる処理をいう。   The stop processing control unit 101 performs stop processing when a system stop signal is input by, for example, a driver's key-off operation. Here, the stop process is to stop the operation of the compressor 12 of the air supply system and stop the supply of air to the fuel cell stack 1, while in the hydrogen supply system, the fuel cell with the purge valve 11 opened. This is a process in which the supply of hydrogen to the stack 1 is continued and the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1.

閾値設定部１０２は、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するものである。すなわち、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングは、燃料電池スタック１の電圧（ここではセル電圧の総和）が閾値以下となったときとされるが、この燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値をこの閾値設定部１０２で設定している。そして、特に本発明では、閾値設定部１０２が、システム停止時における燃料電池システムの状況（本実施形態ではシステム停止時における燃料電池スタック１の温度）に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。   The threshold setting unit 102 sets a threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1. That is, the timing of disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set when the voltage of the fuel cell stack 1 (here, the sum of the cell voltages) is equal to or lower than the threshold value. The threshold setting unit 102 sets a threshold for determination. In particular, in the present invention, the threshold setting unit 102 sets the internal load 41 to the fuel cell stack 1 according to the state of the fuel cell system when the system is stopped (in this embodiment, the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped). A threshold value is set for determining the timing of separation from the network.

この種の燃料電池システムでは、システム停止中に燃料電池スタック１が高電位無負荷状態で放置されると触媒能劣化につながるので、システム停止時に停止時電圧低下運転を行って燃料電池スタック１の電圧を低下させるようにしている。しかしながら、例えば燃料電池スタック１の電圧低下を急速に行った場合等においては、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう場合もあり、燃料電池スタック１の触媒能劣化を十分に抑制できない場合がある。   In this type of fuel cell system, if the fuel cell stack 1 is left in a high potential no-load state while the system is stopped, the catalytic performance is deteriorated. The voltage is reduced. However, for example, when the voltage of the fuel cell stack 1 is rapidly decreased, the voltage of the fuel cell stack 1 is again set after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the stop-time voltage reduction operation is terminated. In some cases, the fuel cell stack 1 may not be sufficiently suppressed.

このような燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象は、システム停止時における燃料電池システムの状況、例えば、システム停止時における燃料電池スタック１の温度等によってその発生が左右され、一般的に、システム停止時における燃料電池スタック１の温度が低いほど、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象が生じ易い。換言すると、システム停止時における燃料電池スタック１の温度が低いほど、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を低い値に設定して、燃料電池スタック１の電圧を十分に低下させた後に内部負荷４１の切り離しを行うことによって、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象を確実に防止できる。   The phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again depends on the state of the fuel cell system when the system is stopped, for example, the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped. The lower the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped, the more likely the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop time voltage reduction operation ends. In other words, the lower the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped, the lower the threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1, and the sufficient voltage of the fuel cell stack 1 is set. By disconnecting the internal load 41 after the voltage is lowered to the level, it is possible to reliably prevent the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation is completed.

このような観点から、閾値設定部１０２では、例えば図６に示すような燃料電池スタック１の温度と内部負荷４１を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示すテーブルを用いて、システム停止時に実際に検出された燃料電池スタック１の温度に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。なお、図６に示すようなテーブルは、予め実機を用いた実験等を行うことによって作成される。   From this point of view, the threshold setting unit 102 actually uses a table showing the relationship between the temperature of the fuel cell stack 1 and the threshold that is the timing for disconnecting the internal load 41 as shown in FIG. In accordance with the detected temperature of the fuel cell stack 1, a threshold value for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set. Note that the table as shown in FIG. 6 is created by conducting an experiment using an actual machine in advance.

内部負荷切り離し制御部１０３は、燃料電池スタック１の電圧（セル電圧の総和）が閾値設定部１０２で設定した閾値以下となったときに、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すものである。このように、システム停止時の燃料電池スタック１の温度に応じて閾値設定部１０２で設定された閾値を基準として、燃料電池スタック１の電圧がこの閾値以下となったときに内部負荷切り離し制御部１０３が燃料電池スタック１から内部負荷４１を切り離すことによって、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象を確実に防止でき、燃料電池スタック１の触媒能劣化を十分に抑制可能となる。   When the voltage (total cell voltage) of the fuel cell stack 1 is equal to or lower than the threshold set by the threshold setting unit 102, the internal load disconnection control unit 103 switches the internal load circuit changeover switch 42 to OFF, The load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1. As described above, the internal load separation control unit when the voltage of the fuel cell stack 1 becomes equal to or lower than the threshold value based on the threshold value set by the threshold value setting unit 102 according to the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped. 103 disconnects the internal load 41 from the fuel cell stack 1, so that the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation is completed can be surely prevented. It becomes possible to suppress.

図７は、本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the process of the voltage drop operation at the time of stop performed when the system is stopped in the fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムでは、先ず、ステップＳ１０１において、コントロールユニット１００の停止処理制御部１０１が、運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたか否かを判定し、システム停止信号が入力された段階で、ステップＳ１０２において、停止処理を開始する。具体的には、停止処理制御部１０１は、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止させる。また、水素供給系のパージ弁１１を開放し、この状態で燃料電池スタック１への水素の供給を継続させる。また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる。この停止処理によって、燃料電池スタック１の酸化剤極側に残存する酸素が継続供給される水素との発電反応によって消費され、このときの発電によって生じる電力が内部負荷４１で消費されることになる。   In the fuel cell system of the present embodiment, first, in step S101, the stop processing control unit 101 of the control unit 100 determines whether or not a system stop signal has been input by a driver's key-off operation or the like. At the input stage, stop processing is started in step S102. Specifically, the stop processing control unit 101 stops the operation of the compressor 12 of the air supply system to stop the supply of air to the fuel cell stack 1. Further, the purge valve 11 of the hydrogen supply system is opened, and the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is continued in this state. Further, the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1. By this stop processing, oxygen remaining on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 is consumed by the power generation reaction with the continuously supplied hydrogen, and the electric power generated by the power generation at this time is consumed by the internal load 41. .

次に、ステップＳ１０３において、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、システム停止時における燃料電池スタック１の温度を読み込み、ステップＳ１０４において、読み込んだ燃料電池スタック１の温度に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定する。ここで、システム停止時における燃料電池スタック１の温度としては、温度センサ３によって検出される燃料電池スタック１自体の温度を用いてもよいし、燃料電池スタック１の温度を反映した冷却機構の冷却液の温度、すなわち冷却機構の温度センサ３７によって検出される燃料電池入口側の冷却液温度や、温度センサ３８によって検出される燃料電池出口側の冷却液温度を用いるようにしてもよい。   Next, in step S103, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 reads the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped. In step S104, the internal load 41 is set according to the read temperature of the fuel cell stack 1. A threshold value for determining the timing of disconnecting from the fuel cell stack 1 is set. Here, as the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped, the temperature of the fuel cell stack 1 itself detected by the temperature sensor 3 may be used, or the cooling of the cooling mechanism reflecting the temperature of the fuel cell stack 1 may be used. The liquid temperature, that is, the coolant temperature on the fuel cell inlet side detected by the temperature sensor 37 of the cooling mechanism, or the coolant temperature on the fuel cell outlet side detected by the temperature sensor 38 may be used.

次に、ステップＳ１０５において、コントロールユニット１００の内部負荷切り離し制御部１０３が、燃料電池スタック１の電圧、ここではセル電圧モニタ２によって検出される各発電セルのセル電圧の総和を求め、ステップＳ１０６において、この燃料電池スタック１の電圧がステップＳ４で設定された閾値以下にまで低下したかどうかを判定する。なお、燃料電池スタック１の電圧としては、各発電セルのセル電圧の総和に代えて、平均セル電圧を用いるようにしてもよい。そして、燃料電池スタック１の電圧がステップＳ４で設定された閾値以下となった段階で、ステップＳ１０７において、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離す。   Next, in step S105, the internal load separation control unit 103 of the control unit 100 calculates the sum of the voltages of the fuel cell stack 1, here the cell voltages of the respective power generation cells detected by the cell voltage monitor 2, and in step S106. Then, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 has dropped below the threshold value set in step S4. As the voltage of the fuel cell stack 1, an average cell voltage may be used instead of the sum of the cell voltages of the power generation cells. Then, when the voltage of the fuel cell stack 1 becomes equal to or lower than the threshold value set in step S4, in step S107, the internal load circuit selector switch 42 is turned off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1. .

その後、ステップＳ１０８において、燃料電池スタック１への水素の供給を停止させ、また、加湿手段や冷却機構の動作も停止させて、停止時電圧低下運転を終了する。   Thereafter, in step S108, the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is stopped, and the operation of the humidifying means and the cooling mechanism is also stopped, and the stop-time voltage reduction operation is ended.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行う際に、システム停止時における燃料電池スタック１の温度に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定し、燃料電池スタック１の電圧がこの閾値以下となった段階で内部負荷４１の切り離しを行うようにしているので、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象を有効に防止することができ、燃料電池スタック１の触媒能劣化を効果的に抑制することができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the stop voltage reduction operation is performed when the system is stopped, the internal load 41 is connected to the fuel cell stack 1 according to the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped. Since a threshold value for determining the timing of disconnecting from the fuel cell stack 1 is set and the internal load 41 is disconnected when the voltage of the fuel cell stack 1 becomes lower than the threshold value, the internal load 41 is removed from the fuel cell stack 1. It is possible to effectively prevent the phenomenon in which the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the voltage reduction operation at the time of stop is terminated and to effectively stop the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell stack 1. Can do.

（第２の実施形態）
次に、本発明を適用した燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは、基本構成を上述した第１の実施形態と同様とし、停止時電圧低下運転を行う際に、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を、システム停止時における燃料電池システムの状況に応じて可変とした点も第１の実施形態と同様であるが、閾値を設定する基準となる燃料電池システムの状況として、第１の実施形態で説明した燃料電池スタック１の温度に代えて、システム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷の平均値を用いた点に特徴を有するものである。また、第１の実施形態では、燃料電池スタック１の電圧が閾値以下となった段階で内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにしているが、本実施形態では、燃料電池スタック１の電圧が閾値以下となり、且つ、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにしている。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment described above, and a threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 when performing the voltage reduction operation at the time of stop. Is the same as that of the first embodiment in that it is variable according to the state of the fuel cell system when the system is stopped. However, as the state of the fuel cell system serving as a reference for setting the threshold, the first embodiment Instead of the temperature of the fuel cell stack 1 described, the average value of the operating load of the fuel cell stack 1 in a predetermined period before the system stop is used. In the first embodiment, the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 when the voltage of the fuel cell stack 1 becomes equal to or lower than the threshold value. However, in this embodiment, the voltage of the fuel cell stack 1 is disconnected. Is equal to or less than the threshold value, and the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 when the variation in the cell voltage between the power generation cells of the fuel cell stack 1 is equal to or less than a predetermined value.

内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象は、上述したシステム停止時における燃料電池スタック１の温度の他、システム停止前の所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷によってもその発生が左右され、一般的に、システム停止前の所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷が低いほど、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象が生じ易い。換言すると、システム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷が低いほど、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を低い値に設定して、燃料電池スタック１の電圧を十分に低下させた後に内部負荷４１の切り離しを行うことによって、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象を確実に防止できる。   The phenomenon in which the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the stop-time voltage reduction operation is terminated is the above-described phenomenon of the temperature of the fuel cell stack 1 when the system is stopped. The occurrence is also affected by the operation load of the fuel cell stack 1 in a predetermined period before the system stop. Generally, the lower the operation load of the fuel cell stack 1 in the predetermined period before the system stop, the lower the operation voltage reduction operation at the time of stop. There is a tendency that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after completion. In other words, the lower the operating load of the fuel cell stack 1 during the predetermined period before the system is stopped, the lower the threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set to a lower value. By disconnecting the internal load 41 after sufficiently lowering the voltage, it is possible to reliably prevent the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation is completed.

このような観点から、本実施形態の燃料電池システムでは、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、例えば図８に示すようなシステム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷の移動平均値と内部負荷４１を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示すテーブルを用いて、実際に求めたシステム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷の移動平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。なお、図８に示すようなテーブルは、例えば、予め実機を用いた実験等を行うことによって作成される。   From this point of view, in the fuel cell system of the present embodiment, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 is configured to calculate the moving average value of the operating load of the fuel cell stack 1 during a predetermined period before the system stop as shown in FIG. Using the table showing the relationship with the threshold value that is the timing for disconnecting the internal load 41, the internal load 41 is changed to the fuel cell according to the moving average value of the operating load of the fuel cell stack 1 in the predetermined period before the system stop actually obtained. A threshold value for determining the timing of separation from the stack 1 is set. Note that the table shown in FIG. 8 is created, for example, by conducting an experiment using an actual machine in advance.

また、停止時電圧低下運転では、上述したように、燃料電池スタック１への空気の供給は停止させて水素の供給のみを継続させ、酸化剤極側に残存する酸素を消費させるようにしているが、このとき燃料電池スタック１の各発電セル間でセル電圧のばらつきが生じると考えられ、このセル電圧のばらつきが大きいと、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象が生じ易い。   Further, in the stop voltage reduction operation, as described above, the supply of air to the fuel cell stack 1 is stopped and only the supply of hydrogen is continued to consume oxygen remaining on the oxidizer electrode side. However, at this time, it is considered that the cell voltage varies among the power generation cells of the fuel cell stack 1, and if the cell voltage varies greatly, the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation ends. The phenomenon tends to occur.

そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、コントロールユニット１００の内部負荷切り離し制御部１０３が、燃料電池スタック１の電圧が閾値設定部１０２で設定した閾値以下まで低下し、且つ、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにしている。   Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the internal load disconnection control unit 103 of the control unit 100 decreases the voltage of the fuel cell stack 1 to the threshold value set by the threshold value setting unit 102 and the fuel cell stack 1 When the variation of the cell voltage between the power generation cells becomes equal to or less than a predetermined value, the internal load circuit changeover switch 42 is turned off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1.

図９は、本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the process of the voltage drop operation at the time of stop performed when the system is stopped in the fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムでは、先ず、停止時電圧低下運転を実施する前の通常運転時における処理として、ステップＳ２０１において、運転中の燃料電池スタック１の負荷（運転負荷）を随時読み込み、ステップＳ２０２において、読み込んだ運転負荷の移動平均を計算して、コントロールユニット１００内のメモリに記憶している。この運転負荷の移動平均を求める期間は、ここでは、例えば現在から過去５分前までの５分間に設定されているが、使用する燃料電池スタック１の特性やシステムの性能等に応じて最適な期間に設定すればよい。   In the fuel cell system according to the present embodiment, first, as a process in the normal operation before the stop-time voltage reduction operation is performed, in step S201, the load (operating load) of the operating fuel cell stack 1 is read as needed. In S202, the moving average of the read operation load is calculated and stored in the memory in the control unit 100. Here, for example, the period for calculating the moving average of the operating load is set to 5 minutes from the present to the previous 5 minutes, but the optimum period depends on the characteristics of the fuel cell stack 1 to be used, the performance of the system, and the like. What is necessary is just to set to a period.

なお、ここでは、システム停止前の所定期間（例えば５分間）における運転負荷の値として、この所定期間における運転負荷の移動平均値を用いているが、移動平均値の代わりに所定期間における運転負荷の最大値を用いるようにしてもよく、この場合には、ステップＳ２０２の処理で、運転負荷の最大値を更新しながらコントロールユニット１００のメモリに記憶させていくことになる。   Here, as the value of the operating load in a predetermined period (for example, 5 minutes) before the system stop, the moving average value of the operating load in this predetermined period is used, but the operating load in the predetermined period is used instead of the moving average value. In this case, the maximum value of the operating load is updated and stored in the memory of the control unit 100 in the process of step S202.

次に、ステップＳ２０３において、コントロールユニット１００の停止処理制御部１０１が、運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたか否かを判定し、システム停止信号が入力された段階で、ステップＳ２０４において、停止処理を開始する。具体的には、停止処理制御部１０１は、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止させる。また、水素供給系のパージ弁１１を開放し、この状態で燃料電池スタック１への水素の供給を継続させる。また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる。この停止処理によって、燃料電池スタック１の酸化剤極側に残存する酸素が継続供給される水素との発電反応によって消費され、このときの発電によって生じる電力が内部負荷４１で消費されることになる。   Next, in step S203, the stop process control unit 101 of the control unit 100 determines whether or not a system stop signal has been input by a driver's key-off operation or the like, and when the system stop signal has been input, step S204 is performed. Then, the stop process is started. Specifically, the stop processing control unit 101 stops the operation of the compressor 12 of the air supply system to stop the supply of air to the fuel cell stack 1. Further, the purge valve 11 of the hydrogen supply system is opened, and the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is continued in this state. Further, the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1. By this stop processing, oxygen remaining on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 is consumed by the power generation reaction with the continuously supplied hydrogen, and the electric power generated by the power generation at this time is consumed by the internal load 41. .

次に、ステップＳ２０５において、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、ステップＳ２０２の処理でコントロールユニット１００のメモリに記憶させた運転負荷の移動平均値を読み出し、ステップＳ２０６において、読み出した運転負荷の移動平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定する。   Next, in step S205, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 reads out the moving average value of the driving load stored in the memory of the control unit 100 in the process of step S202. In step S206, the movement of the read driving load is read out. In accordance with the average value, a threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set.

次に、ステップＳ２０７において、コントロールユニット１００の内部負荷切り離し制御部１０３が、燃料電池スタック１の電圧、ここではセル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の平均値（平均セル電圧）を求め、ステップＳ２０８において、この燃料電池スタック１の電圧がステップＳ２０６で設定された閾値以下にまで低下したかどうかを判定する。そして、燃料電池スタック１の電圧がステップＳ２０６で設定された閾値以下にまで低下したら、次に、ステップＳ２０９において、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきを計算によって求める。ここでは、セル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の最大値から最小値を減算した値を、セル電圧のばらつきを示す値として用いているが、これに限らず、統計的処理に従い全ての発電セル若しくは所定の発電セルの標準偏差を求め、これをセル電圧のばらつきを示す値として用いてもよい。   Next, in step S207, the internal load separation control unit 103 of the control unit 100 calculates the average value (average cell voltage) of the voltage of the fuel cell stack 1, here the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2. In step S208, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 has fallen below the threshold value set in step S206. When the voltage of the fuel cell stack 1 drops below the threshold value set in step S206, next, in step S209, the cell voltage variation among the power generation cells of the fuel cell stack 1 is obtained by calculation. Here, the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2 is used as a value indicating the variation of the cell voltage. The standard deviation of all the power generation cells or the predetermined power generation cells may be obtained and used as a value indicating the cell voltage variation.

次に、ステップＳ２１０において、ステップＳ２０９で求めたセル電圧のばらつきが所定値以下になったかどうかを判定し、セル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、ステップＳ２１１において、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離す。   Next, in step S210, it is determined whether or not the cell voltage variation obtained in step S209 is equal to or less than a predetermined value. When the cell voltage variation is equal to or smaller than the predetermined value, in step S211, the internal load circuit The changeover switch 42 is switched off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1.

その後、ステップＳ２１２において、燃料電池スタック１への水素の供給を停止させ、また、加湿手段や冷却機構の動作も停止させて、停止時電圧低下運転を終了する。   Thereafter, in step S212, the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is stopped, and the operation of the humidifying means and the cooling mechanism is also stopped, and the stop-time voltage reduction operation is ended.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行う際に、システム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転負荷に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定し、燃料電池１の電圧がこの閾値以下にまで低下し、且つ、燃料電池スタック１のセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で内部負荷４１の切り離しを行うようにしているので、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象を有効に防止することができ、燃料電池スタック１の触媒能劣化を効果的に抑制することができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the stop voltage reduction operation is performed when the system is stopped, the internal load 41 is fueled according to the operation load of the fuel cell stack 1 during a predetermined period before the system stop. When a threshold value for determining the timing of disconnecting from the battery stack 1 is set, the voltage of the fuel cell 1 drops below this threshold value, and the variation in the cell voltage of the fuel cell stack 1 falls below a predetermined value Since the internal load 41 is disconnected, the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the voltage reduction operation at the time of stop is finished is effective. It is possible to prevent the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell stack 1 effectively.

（第３の実施形態）
次に、本発明を適用した燃料電池システムの第３の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは、基本構成を上述した第１の実施形態と同様とし、停止時電圧低下運転を行う際に、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を、システム停止時における燃料電池システムの状況に応じて可変とした点も第１の実施形態と同様であるが、閾値を設定する基準となる燃料電池システムの状況として、システム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力の平均値を用いた点に特徴を有するものである。また、本実施形態においても、上述した第２の実施形態と同様に、燃料電池スタック１の電圧が閾値以下となり、且つ、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにしている。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment described above, and a threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 when performing the voltage reduction operation at the time of stop. Is the same as in the first embodiment in that it is variable according to the state of the fuel cell system when the system is stopped. However, the state of the fuel cell system serving as a reference for setting the threshold is a predetermined period before the system is stopped. This is characterized in that the average value of the operating pressure of the fuel cell stack 1 is used. Also in the present embodiment, as in the second embodiment described above, the voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or less than the threshold value, and the cell voltage variation between the power generation cells of the fuel cell stack 1 is equal to or less than a predetermined value. At this stage, the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1.

内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象は、システム停止前の所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力によってもその発生が左右され、一般的に、システム停止前の所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力が低いほど、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象が生じ易い。換言すると、システム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力が低いほど、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を低い値に設定して、燃料電池スタック１の電圧を十分に低下させた後に内部負荷４１の切り離しを行うことによって、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象を確実に防止できる。   The phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the stop-time voltage reduction operation is terminated is the operating pressure of the fuel cell stack 1 during a predetermined period before the system stops. In general, the lower the operating pressure of the fuel cell stack 1 during a predetermined period before the system is stopped, the more the phenomenon occurs that the voltage of the fuel cell stack 1 increases again after the stop-time voltage reduction operation ends. easy. In other words, the lower the operating pressure of the fuel cell stack 1 in the predetermined period before the system is stopped, the lower the threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set to a lower value. By disconnecting the internal load 41 after sufficiently lowering the voltage, it is possible to reliably prevent the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation is completed.

このような観点から、本実施形態の燃料電池システムでは、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、例えば図１０に示すようなシステム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力の移動平均値と内部負荷４１を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示すテーブルを用いて、実際に求めたシステム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力の移動平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。なお、図１０に示すようなテーブルは、例えば、予め実機を用いた実験等を行うことによって作成される。   From such a point of view, in the fuel cell system of the present embodiment, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 calculates the moving average value of the operating pressure of the fuel cell stack 1 during a predetermined period before the system stop as shown in FIG. Using the table showing the relationship with the threshold value that is the timing for disconnecting the internal load 41, the internal load 41 is determined according to the moving average value of the operating pressure of the fuel cell stack 1 during the predetermined period before the system stop. A threshold value for determining the timing of separation from the stack 1 is set. Note that the table shown in FIG. 10 is created, for example, by conducting an experiment using an actual machine in advance.

図１１は、本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the process of the voltage drop operation at the time of stop performed when the system is stopped in the fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムでは、先ず、停止時電圧低下運転を実施する前の通常運転時における処理として、ステップＳ３０１において、運転中の燃料電池スタック１の圧力（運転圧力）、例えば燃料電池スタック１の入口側圧力を随時読み込み、ステップＳ３０２において、読み込んだ運転圧力の移動平均を計算して、コントロールユニット１００内のメモリに記憶している。この運転圧力の移動平均を求める期間は、ここでは、例えば現在から過去５分前までの５分間に設定されているが、使用する燃料電池スタック１の特性やシステムの性能等に応じて最適な期間に設定すればよい。また、ここでは燃料電池スタック１の運転圧力として、燃料電池スタック１の入口側圧力を用いているが、その他の圧力で代用してもよい。   In the fuel cell system according to the present embodiment, first, as a process in the normal operation before the stop-time voltage reduction operation is performed, in step S301, the pressure of the operating fuel cell stack 1 (operating pressure), for example, the fuel cell stack. 1 is read at any time, and a moving average of the read operating pressure is calculated and stored in the memory in the control unit 100 in step S302. The period for calculating the moving average of the operating pressure is set here to, for example, 5 minutes from the present to the previous 5 minutes, but is optimal depending on the characteristics of the fuel cell stack 1 to be used, the performance of the system, and the like. What is necessary is just to set to a period. In addition, although the inlet side pressure of the fuel cell stack 1 is used here as the operating pressure of the fuel cell stack 1, other pressures may be used instead.

なお、ここでは、システム停止前の所定期間（例えば５分間）における運転圧力の値として、この所定期間における運転圧力の移動平均値を用いているが、移動平均値の代わりに所定期間における運転圧力の最大値を用いるようにしてもよく、この場合には、ステップＳ３０２の処理で、運転圧力の最大値を更新しながらコントロールユニット１００のメモリに記憶させていくことになる。   In this case, the moving average value of the operating pressure in the predetermined period is used as the value of the operating pressure in a predetermined period (for example, 5 minutes) before the system stop, but the operating pressure in the predetermined period is used instead of the moving average value. May be used. In this case, the maximum value of the operating pressure is updated and stored in the memory of the control unit 100 in step S302.

次に、ステップＳ３０３において、コントロールユニット１００の停止処理制御部１０１が、運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたか否かを判定し、システム停止信号が入力された段階で、ステップＳ３０４において、停止処理を開始する。具体的には、停止処理制御部１０１は、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止させる。また、水素供給系のパージ弁１１を開放し、この状態で燃料電池スタック１への水素の供給を継続させる。また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる。この停止処理によって、燃料電池スタック１の酸化剤極側に残存する酸素が継続供給される水素との発電反応によって消費され、このときの発電によって生じる電力が内部負荷４１で消費されることになる。   Next, in step S303, the stop process control unit 101 of the control unit 100 determines whether or not a system stop signal has been input due to a driver's key-off operation or the like. When the system stop signal is input, step S304 is performed. Then, the stop process is started. Specifically, the stop processing control unit 101 stops the operation of the compressor 12 of the air supply system to stop the supply of air to the fuel cell stack 1. Further, the purge valve 11 of the hydrogen supply system is opened, and the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is continued in this state. Further, the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1. By this stop processing, oxygen remaining on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 is consumed by the power generation reaction with the continuously supplied hydrogen, and the electric power generated by the power generation at this time is consumed by the internal load 41. .

次に、ステップＳ３０５において、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、ステップＳ３０２の処理でコントロールユニット１００のメモリに記憶させた運転圧力の移動平均値を読み出し、ステップＳ３０６において、読み出した運転圧力の移動平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定する。   Next, in step S305, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 reads out the moving average value of the operating pressure stored in the memory of the control unit 100 in the process of step S302, and in step S306, the read out movement of the operating pressure. In accordance with the average value, a threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set.

次に、ステップＳ３０７において、コントロールユニット１００の内部負荷切り離し制御部１０３が、燃料電池スタック１の電圧、ここではセル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の平均値（平均セル電圧）を求め、ステップＳ３０８において、この燃料電池スタック１の電圧がステップＳ３０６で設定された閾値以下にまで低下したかどうかを判定する。そして、燃料電池スタック１の電圧がステップＳ３０６で設定された閾値以下にまで低下したら、次に、ステップＳ３０９において、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきを計算によって求める。ここでは、セル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の最大値から最小値を減算した値を、セル電圧のばらつきを示す値として用いているが、これに限らず、統計的処理に従い全ての発電セル若しくは所定の発電セルの標準偏差を求め、これをセル電圧のばらつきを示す値として用いてもよい。   Next, in step S307, the internal load disconnection control unit 103 of the control unit 100 calculates the average value (average cell voltage) of the voltage of the fuel cell stack 1, here the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2. In step S308, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 has dropped below the threshold set in step S306. When the voltage of the fuel cell stack 1 drops below the threshold value set in step S306, next, in step S309, the cell voltage variation among the power generation cells of the fuel cell stack 1 is obtained by calculation. Here, the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2 is used as a value indicating the variation of the cell voltage. The standard deviation of all the power generation cells or the predetermined power generation cells may be obtained and used as a value indicating the cell voltage variation.

次に、ステップＳ３１０において、ステップＳ３０９で求めたセル電圧のばらつきが所定値以下になったかどうかを判定し、セル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、ステップＳ３１１において、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離す。   Next, in step S310, it is determined whether or not the cell voltage variation obtained in step S309 is equal to or less than a predetermined value. When the cell voltage variation is equal to or smaller than the predetermined value, in step S311, the internal load circuit The changeover switch 42 is switched off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1.

その後、ステップＳ３１２において、燃料電池スタック１への水素の供給を停止させ、また、加湿手段や冷却機構の動作も停止させて、停止時電圧低下運転を終了する。   Thereafter, in step S312, the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is stopped, and the operation of the humidifying means and the cooling mechanism is also stopped, and the stop-time voltage reduction operation is ended.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行う際に、システム停止前所定期間における燃料電池スタック１の運転圧力に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定し、燃料電池１の電圧がこの閾値以下にまで低下し、且つ、燃料電池スタック１のセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で内部負荷４１の切り離しを行うようにしているので、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象を有効に防止することができ、燃料電池スタック１の触媒能劣化を効果的に抑制することができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the stop voltage reduction operation is performed when the system is stopped, the internal load 41 is supplied with fuel according to the operating pressure of the fuel cell stack 1 during a predetermined period before the system stop. When a threshold value for determining the timing of disconnecting from the battery stack 1 is set, the voltage of the fuel cell 1 drops below this threshold value, and the variation in the cell voltage of the fuel cell stack 1 falls below a predetermined value Since the internal load 41 is disconnected, the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the voltage reduction operation at the time of stop is finished is effective. It is possible to prevent the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell stack 1 effectively.

（第４の実施形態）
次に、本発明を適用した燃料電池システムの第４の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは、基本構成を上述した第１の実施形態と同様とし、停止時電圧低下運転を行う際に、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を、システム停止時における燃料電池システムの状況に応じて可変とした点も第１の実施形態と同様であるが、閾値を設定する基準となる燃料電池システムの状況として、システム停止前所定期間における冷却液（燃料電池スタック１の温度調整のために燃料電池スタック１に供給される冷却液）の導電率の平均値を用いた点に特徴を有するものである。また、本実施形態においても、上述した第２及び第３の実施形態と同様に、燃料電池スタック１の電圧が閾値以下となり、且つ、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにしている。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment described above, and a threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 when performing the voltage reduction operation at the time of stop. Is the same as in the first embodiment in that it is variable according to the state of the fuel cell system when the system is stopped. However, the state of the fuel cell system serving as a reference for setting the threshold is a predetermined period before the system is stopped. This is characterized in that the average value of the conductivity of the coolant (the coolant supplied to the fuel cell stack 1 for adjusting the temperature of the fuel cell stack 1) is used. Also in the present embodiment, as in the second and third embodiments described above, the voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or lower than the threshold value, and the cell voltage variation among the power generation cells of the fuel cell stack 1 varies. The internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 when it becomes a predetermined value or less.

内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象は、システム停止前の所定期間における冷却液の導電率によってもその発生が左右され、一般的に、システム停止前の所定期間における冷却液の導電率が低いほど、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象が生じ易い。換言すると、システム停止前所定期間における冷却液の導電率が低いほど、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を低い値に設定して、燃料電池スタック１の電圧を十分に低下させた後に内部負荷４１の切り離しを行うことによって、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象を確実に防止できる。   The phenomenon in which the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the stop-time voltage reduction operation is terminated is also due to the conductivity of the coolant during a predetermined period before the system is stopped. In general, the lower the coolant conductivity in a predetermined period before the system stops, the more likely the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation ends. In other words, the lower the coolant conductivity in the predetermined period before the system stop, the lower the threshold for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1, and the lower the voltage of the fuel cell stack 1 By disconnecting the internal load 41 after sufficiently reducing it, it is possible to reliably prevent the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation ends.

このような観点から、本実施形態の燃料電池システムでは、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、例えば図１２に示すようなシステム停止前所定期間における冷却液の導電率の移動平均値と内部負荷４１を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示すテーブルを用いて、実際に求めたシステム停止前所定期間における冷却液導電率の移動平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。なお、図１２に示すようなテーブルは、例えば、予め実機を用いた実験等を行うことによって作成される。   From this point of view, in the fuel cell system of the present embodiment, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 performs the moving average value of the coolant conductivity and the internal load during a predetermined period before the system stop as shown in FIG. The timing at which the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 according to the moving average value of the coolant conductivity in the predetermined period before the system stop using the table indicating the relationship with the threshold value that is the timing at which the engine 41 is disconnected. A threshold value for judging whether or not is set. Note that the table shown in FIG. 12 is created, for example, by conducting an experiment using an actual machine in advance.

図１３は、本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing of the voltage reduction operation at the time of stop performed when the system is stopped in the fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムでは、先ず、停止時電圧低下運転を実施する前の通常運転時における処理として、ステップＳ４０１において、運転中の冷却液の導電率を随時読み込み、ステップＳ４０２において、読み込んだ冷却液導電率の移動平均を計算して、コントロールユニット１００内のメモリに記憶している。この冷却液導電率の移動平均を求める期間は、ここでは、例えば現在から過去５分前までの５分間に設定されているが、使用する燃料電池スタック１の特性やシステムの性能等に応じて最適な期間に設定すればよい。また、ここでは燃料電池スタック１に供給される冷却液の導電率を検出するようにしているが、燃料電池スタック１に加湿水を直接供給する内部加湿型の燃料電池システムの場合には、冷却液の導電率に代えて加湿水の導電率を検出するようにしてもよい。   In the fuel cell system of the present embodiment, first, as a process in the normal operation before the stop-time voltage reduction operation is performed, the conductivity of the coolant during operation is read as needed in step S401, and is read in step S402. The moving average of the coolant conductivity is calculated and stored in the memory in the control unit 100. Here, for example, the period for obtaining the moving average of the coolant conductivity is set to 5 minutes from the present to the previous 5 minutes, but depending on the characteristics of the fuel cell stack 1 to be used, the performance of the system, and the like. What is necessary is just to set to the optimal period. Here, the conductivity of the coolant supplied to the fuel cell stack 1 is detected. However, in the case of an internal humidification type fuel cell system that supplies humidified water directly to the fuel cell stack 1, cooling is performed. Instead of the conductivity of the liquid, the conductivity of the humidified water may be detected.

なお、ここでは、システム停止前の所定期間（例えば５分間）における冷却液導電率の値として、この所定期間における冷却液導電率の移動平均値を用いているが、移動平均値の代わりに所定期間における冷却液導電率の最大値を用いるようにしてもよく、この場合には、ステップＳ４０２の処理で、冷却液導電率の最大値を更新しながらコントロールユニット１００のメモリに記憶させていくことになる。   Here, as the value of the coolant conductivity in a predetermined period (for example, 5 minutes) before the system stop, the moving average value of the coolant conductivity in this predetermined period is used, but instead of the moving average value, a predetermined value is used. The maximum value of the coolant conductivity in the period may be used. In this case, the maximum value of the coolant conductivity is updated and stored in the memory of the control unit 100 in the process of step S402. become.

次に、ステップＳ４０３において、コントロールユニット１００の停止処理制御部１０１が、運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたか否かを判定し、システム停止信号が入力された段階で、ステップＳ４０４において、停止処理を開始する。具体的には、停止処理制御部１０１は、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止させる。また、水素供給系のパージ弁１１を開放し、この状態で燃料電池スタック１への水素の供給を継続させる。また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる。この停止処理によって、燃料電池スタック１の酸化剤極側に残存する酸素が継続供給される水素との発電反応によって消費され、このときの発電によって生じる電力が内部負荷４１で消費されることになる。   Next, in step S403, the stop process control unit 101 of the control unit 100 determines whether or not a system stop signal has been input by a driver's key-off operation or the like. Then, the stop process is started. Specifically, the stop processing control unit 101 stops the operation of the compressor 12 of the air supply system to stop the supply of air to the fuel cell stack 1. Further, the purge valve 11 of the hydrogen supply system is opened, and the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is continued in this state. Further, the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1. By this stop processing, oxygen remaining on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 is consumed by the power generation reaction with the continuously supplied hydrogen, and the electric power generated by the power generation at this time is consumed by the internal load 41. .

次に、ステップＳ４０５において、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、ステップＳ４０２の処理でコントロールユニット１００のメモリに記憶させた冷却液導電率の移動平均値を読み出し、ステップＳ４０６において、読み出した冷却液導電率の移動平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定する。   Next, in step S405, the threshold value setting unit 102 of the control unit 100 reads the moving average value of the coolant conductivity stored in the memory of the control unit 100 in the process of step S402, and in step S406, the read coolant solution A threshold for determining the timing of disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set according to the moving average value of the conductivity.

次に、ステップＳ４０７において、コントロールユニット１００の内部負荷切り離し制御部１０３が、燃料電池スタック１の電圧、ここではセル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の平均値（平均セル電圧）を求め、ステップＳ４０８において、この燃料電池スタック１の電圧がステップＳ４０６で設定された閾値以下にまで低下したかどうかを判定する。そして、燃料電池スタック１の電圧がステップＳ４０６で設定された閾値以下にまで低下したら、次に、ステップＳ４０９において、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきを計算によって求める。ここでは、セル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の最大値から最小値を減算した値を、セル電圧のばらつきを示す値として用いているが、これに限らず、統計的処理に従い全ての発電セル若しくは所定の発電セルの標準偏差を求め、これをセル電圧のばらつきを示す値として用いてもよい。   Next, in step S407, the internal load separation control unit 103 of the control unit 100 calculates the average value (average cell voltage) of the voltage of the fuel cell stack 1, here the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2. In step S408, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 has dropped below the threshold set in step S406. When the voltage of the fuel cell stack 1 drops below the threshold value set in step S406, next, in step S409, the cell voltage variation among the power generation cells of the fuel cell stack 1 is obtained by calculation. Here, the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2 is used as a value indicating the variation of the cell voltage. The standard deviation of all the power generation cells or the predetermined power generation cells may be obtained and used as a value indicating the cell voltage variation.

次に、ステップＳ４１０において、ステップＳ４０９で求めたセル電圧のばらつきが所定値以下になったかどうかを判定し、セル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、ステップＳ４１１において、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離す。   Next, in step S410, it is determined whether or not the cell voltage variation obtained in step S409 is equal to or less than a predetermined value. When the cell voltage variation is equal to or smaller than the predetermined value, in step S411, the internal load circuit The changeover switch 42 is switched off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1.

その後、ステップＳ４１２において、燃料電池スタック１への水素の供給を停止させ、また、加湿手段や冷却機構の動作も停止させて、停止時電圧低下運転を終了する。   Thereafter, in step S412, the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is stopped, and the operation of the humidifying means and the cooling mechanism is also stopped, and the stop-time voltage reduction operation is ended.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行う際に、システム停止前所定期間における冷却液の導電率に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定し、燃料電池１の電圧がこの閾値以下にまで低下し、且つ、燃料電池スタック１のセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で内部負荷４１の切り離しを行うようにしているので、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象を有効に防止することができ、燃料電池スタック１の触媒能劣化を効果的に抑制することができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the stop voltage reduction operation is performed when the system is stopped, the internal load 41 is connected to the fuel cell stack according to the conductivity of the coolant in a predetermined period before the system is stopped. A threshold for determining the timing of disconnecting from 1 is set, the internal load is reduced when the voltage of the fuel cell 1 drops below this threshold, and the variation in the cell voltage of the fuel cell stack 1 falls below a predetermined value. 41 is cut off, so that the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the voltage reduction operation at the time of stop is terminated is effectively prevented. It is possible to effectively suppress the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell stack 1.

（第５の実施形態）
次に、本発明を適用した燃料電池システムの第５の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは、上述した第４の実施形態の変形例に相当するものである。すなわち、第４の実施形態では、システム停止前所定期間における冷却液導電率の平均値に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしているが、本実施形態では、システム停止前所定期間における冷却液導電率の平均値とシステム起動時からの冷却液導電率の最小値との差に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system of this embodiment corresponds to a modification of the above-described fourth embodiment. That is, in the fourth embodiment, a threshold value for determining the timing of disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set according to the average value of the coolant conductivity in a predetermined period before the system stop. However, in the present embodiment, the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 according to the difference between the average value of the coolant conductivity in a predetermined period before the system stop and the minimum value of the coolant conductivity from the time of starting the system. A threshold for determining the timing is set.

冷却液の導電率は、燃料電池システムの構成によっては燃料電池スタック１の運転状態に応じて大きく変動することもあり、また、経時劣化等によっても大きく変動することも考えられる。このような場合には、システム停止前所定期間における冷却液導電率の平均値からだけでは、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を適切な値に設定することができないことも想定される。   Depending on the configuration of the fuel cell system, the conductivity of the coolant may vary greatly depending on the operating state of the fuel cell stack 1, and may also vary greatly due to deterioration over time. In such a case, the threshold value for determining the timing of disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 can be set to an appropriate value only from the average value of the coolant conductivity in the predetermined period before the system stop. It is also assumed that this is not possible.

そこで、本実施形態の燃料電池システムにおいては、通常の冷却液導電率の値に対しての導電率悪化分を判定できるように、システム停止前所定期間における冷却液導電率の平均値から、システム起動時からの冷却液導電率の最小値を減算して、その差分に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。具体的には、本実施形態の燃料電池システムでは、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、例えば図１４に示すようなシステム停止前所定期間における冷却液導電率の移動平均値とシステム起動時からの冷却液導電率の最小値との差分と、内部負荷４１を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示すテーブルを用いて、実際に求めた移動平均値と最小値との差分に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしている。なお、図１４に示すようなテーブルは、例えば、予め実機を用いた実験等を行うことによって作成される。   Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, from the average value of the coolant conductivity in a predetermined period before the system stop, the system can determine the amount of deterioration in conductivity relative to the normal coolant conductivity value. The threshold value for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is set according to the difference by subtracting the minimum value of the coolant conductivity from the time of startup. Specifically, in the fuel cell system of the present embodiment, the threshold value setting unit 102 of the control unit 100 starts from the moving average value of the coolant conductivity in a predetermined period before the system stop as shown in FIG. In accordance with the difference between the moving average value and the minimum value actually obtained using a table indicating the relationship between the difference between the coolant conductivity minimum value and the threshold value at which the internal load 41 is disconnected. A threshold value for determining the timing of disconnecting the load 41 from the fuel cell stack 1 is set. Note that the table shown in FIG. 14 is created, for example, by conducting an experiment using an actual machine in advance.

なお、ここでは、システム起動時からの冷却液導電率の最小値として、単に最小値を用いているが、データの安定性等を考慮して、移動平均の最小値を求めてこれを用いるようにしてもよい。   Here, the minimum value is simply used as the minimum value of the coolant conductivity from the time of starting the system, but the minimum value of the moving average is calculated and used in consideration of the stability of the data. It may be.

図１５は、本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart showing a flow of processing of the voltage reduction operation at the time of stop performed when the system is stopped in the fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムでは、先ず、停止時電圧低下運転を実施する前の通常運転時における処理として、ステップＳ５０１において、運転中の冷却液の導電率を随時読み込み、ステップＳ５０２において、読み込んだ冷却液導電率の最小値をコントロールユニット１００内のメモリに記憶している。このステップＳ５０２の処理では、ステップＳ５０１で読み込んだ冷却液導電率の値が前回記憶した値よりも小さい場合はその値を、前回記憶した値の方が小さい場合はそのままの値を記憶するというように、システム起動時からの冷却液導電率の最小値を常に更新しながら記憶している。   In the fuel cell system of the present embodiment, first, as a process in the normal operation before the stop-time voltage reduction operation is performed, in step S501, the conductivity of the coolant during operation is read as needed, and is read in step S502. The minimum value of the coolant conductivity is stored in the memory in the control unit 100. In the process of step S502, if the value of the coolant conductivity read in step S501 is smaller than the previously stored value, that value is stored, and if the previously stored value is smaller, the value is stored as it is. In addition, the minimum value of the coolant conductivity since the system start-up is constantly updated and stored.

また、ステップＳ５０３では、ステップＳ５０１で読み込んだ冷却液導電率の移動平均を計算して、コントロールユニット１００内のメモリに記憶している。この冷却液導電率の移動平均を求める期間は、ここでは、例えば現在から過去５分前までの５分間に設定されているが、使用する燃料電池スタック１の特性やシステムの性能等に応じて最適な期間に設定すればよい。また、ここでは燃料電池スタック１に供給される冷却液の導電率を検出するようにしているが、燃料電池スタック１に加湿水を直接供給する内部加湿型の燃料電池システムの場合には、上述した第４の実施形態と同様、冷却液の導電率に代えて加湿水の導電率を検出するようにしてもよい。   In step S503, the moving average of the coolant conductivity read in step S501 is calculated and stored in the memory in the control unit 100. Here, for example, the period for obtaining the moving average of the coolant conductivity is set to 5 minutes from the present to the previous 5 minutes, but depending on the characteristics of the fuel cell stack 1 to be used, the performance of the system, and the like. What is necessary is just to set to the optimal period. Here, the conductivity of the coolant supplied to the fuel cell stack 1 is detected. However, in the case of an internal humidification type fuel cell system that supplies humidified water directly to the fuel cell stack 1, As in the fourth embodiment, the conductivity of the humidified water may be detected instead of the conductivity of the coolant.

次に、ステップＳ５０４において、コントロールユニット１００の停止処理制御部１０１が、運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたか否かを判定し、システム停止信号が入力された段階で、ステップＳ５０５において、停止処理を開始する。具体的には、停止処理制御部１０１は、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止させる。また、水素供給系のパージ弁１１を開放し、この状態で燃料電池スタック１への水素の供給を継続させる。また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる。この停止処理によって、燃料電池スタック１の酸化剤極側に残存する酸素が継続供給される水素との発電反応によって消費され、このときの発電によって生じる電力が内部負荷４１で消費されることになる。   Next, in step S504, the stop process control unit 101 of the control unit 100 determines whether or not a system stop signal has been input due to a driver's key-off operation or the like, and when the system stop signal has been input, step S505 is performed. Then, the stop process is started. Specifically, the stop processing control unit 101 stops the operation of the compressor 12 of the air supply system to stop the supply of air to the fuel cell stack 1. Further, the purge valve 11 of the hydrogen supply system is opened, and the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is continued in this state. Further, the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1. By this stop processing, oxygen remaining on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 is consumed by the power generation reaction with the continuously supplied hydrogen, and the electric power generated by the power generation at this time is consumed by the internal load 41. .

次に、ステップＳ５０６において、コントロールユニット１００の閾値設定部１０２が、ステップＳ５０２の処理でコントロールユニット１００のメモリに記憶させたシステム起動時からの冷却液導電率の最小値と、ステップＳ５０３の処理でコントロールユニット１００のメモリに記憶させた冷却液導電率の移動平均値とを読み出し、ステップＳ５０７において、読み出した冷却液導電率の移動平均値から冷却液導電率の最小値を減算し、その差分を算出する。この処理によって、通常の冷却液導電率に対しての導電率悪化分を判定することが可能となる。   Next, in step S506, the threshold setting unit 102 of the control unit 100 stores the minimum value of the coolant conductivity from the system startup stored in the memory of the control unit 100 in the process of step S502, and the process of step S503. The moving average value of the coolant conductivity stored in the memory of the control unit 100 is read out. In step S507, the minimum value of the coolant conductivity is subtracted from the read moving average value of the coolant conductivity, and the difference is calculated. calculate. By this process, it becomes possible to determine the deterioration in conductivity relative to the normal coolant conductivity.

そして、ステップＳ５０８において、ステップＳ５０７で算出した冷却液導電率の移動平均値と冷却液導電率の最小値との差分に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定する。これにより、冷却液導電率が比較的安定しないようなシステム構成の場合、或いは経時劣化等により冷却液導電率が悪化した場合においても、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を適切な値に設定することが可能となる。   In step S508, the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 is determined according to the difference between the moving average value of the coolant conductivity calculated in step S507 and the minimum value of the coolant conductivity. Set the threshold. Thus, in order to determine the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 even when the system configuration is such that the coolant conductivity is relatively unstable or when the coolant conductivity deteriorates due to deterioration over time or the like. Can be set to an appropriate value.

次に、ステップＳ５０９において、コントロールユニット１００の内部負荷切り離し制御部１０３が、燃料電池スタック１の電圧、ここではセル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の平均値（平均セル電圧）を求め、ステップＳ５１０において、この燃料電池スタック１の電圧がステップＳ５０８で設定された閾値以下にまで低下したかどうかを判定する。そして、燃料電池スタック１の電圧がステップＳ５０８で設定された閾値以下にまで低下したら、次に、ステップＳ５１１において、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきを計算によって求める。ここでは、セル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の最大値から最小値を減算した値を、セル電圧のばらつきを示す値として用いているが、これに限らず、統計的処理に従い全ての発電セル若しくは所定の発電セルの標準偏差を求め、これをセル電圧のばらつきを示す値として用いてもよい。   Next, in step S509, the internal load separation control unit 103 of the control unit 100 calculates the average value (average cell voltage) of the voltage of the fuel cell stack 1, here the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2. In step S510, it is determined whether or not the voltage of the fuel cell stack 1 has dropped below the threshold set in step S508. When the voltage of the fuel cell stack 1 drops below the threshold value set in step S508, next, in step S511, the cell voltage variation among the power generation cells of the fuel cell stack 1 is obtained by calculation. Here, the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2 is used as a value indicating the variation of the cell voltage. The standard deviation of all the power generation cells or the predetermined power generation cells may be obtained and used as a value indicating the cell voltage variation.

次に、ステップＳ５１２において、ステップＳ５１１で求めたセル電圧のばらつきが所定値以下になったかどうかを判定し、セル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、ステップＳ５１３において、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離す。   Next, in step S512, it is determined whether or not the cell voltage variation obtained in step S511 is equal to or less than a predetermined value. When the cell voltage variation is equal to or smaller than the predetermined value, in step S513, the internal load circuit The changeover switch 42 is switched off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1.

その後、ステップＳ５１４において、燃料電池スタック１への水素の供給を停止させ、また、加湿手段や冷却機構の動作も停止させて、停止時電圧低下運転を終了する。   Thereafter, in step S514, the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is stopped, and the operation of the humidifying means and the cooling mechanism is also stopped, and the stop time voltage reduction operation is ended.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行う際に、システム停止前所定期間における冷却液の導電率に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定し、燃料電池１の電圧がこの閾値以下にまで低下し、且つ、燃料電池スタック１のセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で内部負荷４１の切り離しを行うようにしているので、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象を有効に防止することができ、燃料電池スタック１の触媒能劣化を効果的に抑制することができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when performing the voltage reduction operation at the time of stoppage when the system is stopped, the internal load 41 is connected to the fuel cell stack according to the conductivity of the coolant in a predetermined period before the system stoppage. A threshold for determining the timing of disconnecting from 1 is set, the internal load is reduced when the voltage of the fuel cell 1 drops below this threshold, and the variation in the cell voltage of the fuel cell stack 1 falls below a predetermined value. 41 is cut off, so that the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the voltage reduction operation at the time of stop is terminated is effectively prevented. It is possible to effectively suppress the deterioration of the catalytic performance of the fuel cell stack 1.

また、特に本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止前所定期間における冷却液導電率の平均値とシステム起動時からの冷却液導電率の最小値との差に応じて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を設定するようにしているので、冷却液導電率が比較的安定しないようなシステム構成の場合、或いは経時劣化等により冷却液導電率が悪化した場合においても、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すタイミングを判断するための閾値を適切な値に設定することが可能となる。   In particular, in the fuel cell system according to the present embodiment, the internal load 41 is controlled by the fuel according to the difference between the average value of the coolant conductivity in a predetermined period before the system stop and the minimum value of the coolant conductivity since the system is started. Since a threshold value is set for judging the timing of disconnecting from the battery stack 1, the system configuration is such that the coolant conductivity is relatively unstable, or the coolant conductivity deteriorates due to deterioration over time, etc. In this case, the threshold value for determining the timing for disconnecting the internal load 41 from the fuel cell stack 1 can be set to an appropriate value.

（第６の実施形態）
次に、本発明を適用した燃料電池システムの第６の実施形態について説明する。本実施形態の燃料電池システムは、停止時電圧低下運転を行う際に、燃料電池スタック１の電圧（各発電セルのセル電圧の総和や平均セル電圧）と、設定した閾値との比較を行うことなく、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにした点に特徴を有するものである。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the fuel cell system to which the present invention is applied will be described. The fuel cell system according to the present embodiment compares the voltage of the fuel cell stack 1 (the sum of the cell voltages of each power generation cell and the average cell voltage) with the set threshold value when performing the voltage drop operation during stoppage. Rather, it is characterized in that the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 when the variation in the cell voltage between the power generation cells of the fuel cell stack 1 becomes a predetermined value or less.

停止時電圧低下運転では、上述したように、燃料電池スタック１への空気の供給は停止させて水素の供給のみを継続させ、酸化剤極側に残存する酸素を消費させるようにしているが、このとき燃料電池スタック１の各発電セル間でセル電圧のばらつきが生じると考えられ、このセル電圧のばらつきが大きいと、停止時電圧低下運転終了後に燃料電池スタック１の電圧が再度上昇する現象が生じ易い。   In the stop voltage reduction operation, as described above, the supply of air to the fuel cell stack 1 is stopped and only the supply of hydrogen is continued to consume oxygen remaining on the oxidizer electrode side. At this time, it is considered that the cell voltage varies among the power generation cells of the fuel cell stack 1, and if the cell voltage variation is large, the phenomenon that the voltage of the fuel cell stack 1 rises again after the stop-time voltage reduction operation is finished. It is likely to occur.

そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、上述した第２乃至第５の実施形態と同様、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となったかどうかを、内部負荷４１の切り離しタイミングを決める基準としている。ただし、上述した第２乃至第５の実施形態では、このセル電圧のばらつきだけでなく、燃料電池スタック１の各発電セルのセル電圧の総和、或いは平均セル電圧が低下したかどうかも内部負荷４１の切り離しタイミングを決める基準としていたが、本実施形態では、セル電圧のばらつきのみを基準としている。これは、セル電圧のばらつきが所定値以下となった段階では、殆どの場合、燃料電池スタック１の各発電セルのセル電圧の総和、或いは平均セル電圧が十分に低下していると考えられるからである。   Therefore, in the fuel cell system of this embodiment, as in the second to fifth embodiments described above, whether or not the variation in cell voltage between the power generation cells of the fuel cell stack 1 has become a predetermined value or less is determined. 41 is used as a reference for determining the separation timing. However, in the second to fifth embodiments described above, not only the variation in the cell voltage but also whether the sum of the cell voltages of the respective power generation cells of the fuel cell stack 1 or the average cell voltage has decreased is the internal load 41. However, in this embodiment, only cell voltage variation is used as a reference. This is because it is considered that the sum of the cell voltages of the power generation cells of the fuel cell stack 1 or the average cell voltage is sufficiently reduced in most cases when the variation of the cell voltage becomes a predetermined value or less. It is.

図１６は、本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 16 is a flowchart showing the flow of the process of the voltage drop operation at the time of stop performed when the system is stopped in the fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムでは、先ず、ステップＳ６０１において、運転者のキーオフ操作等によってシステム停止信号が入力されたか否かを判定し、システム停止信号が入力された段階で、ステップＳ６０２において、停止処理を開始する。具体的には、空気供給系のコンプレッサ１２の動作を停止させて燃料電池スタック１に対する空気の供給を停止させる。また、水素供給系のパージ弁１１を開放し、この状態で燃料電池スタック１への水素の供給を継続させる。また、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオンして、内部負荷４１を燃料電池スタック１に接続させる。この停止処理によって、燃料電池スタック１の酸化剤極側に残存する酸素が継続供給される水素との発電反応によって消費され、このときの発電によって生じる電力が内部負荷４１で消費されることになる。   In the fuel cell system according to the present embodiment, first, in step S601, it is determined whether or not a system stop signal is input by a driver's key-off operation or the like, and when the system stop signal is input, the stop is performed in step S602. Start processing. Specifically, the operation of the air supply system compressor 12 is stopped to stop the supply of air to the fuel cell stack 1. Further, the purge valve 11 of the hydrogen supply system is opened, and the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is continued in this state. Further, the internal load circuit changeover switch 42 is turned on to connect the internal load 41 to the fuel cell stack 1. By this stop processing, oxygen remaining on the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 is consumed by the power generation reaction with the continuously supplied hydrogen, and the electric power generated by the power generation at this time is consumed by the internal load 41. .

次に、ステップＳ６０３において、セル電圧モニタ２によって検出される燃料電池スタック１の各発電セルの電圧から、各発電セル間におけるセル電圧のばらつきを計算によって求める。ここでは、セル電圧モニタ２によって検出される各発電セルの電圧の最大値から最小値を減算した値を、セル電圧のばらつきを示す値として用いているが、これに限らず、統計的処理に従い全ての発電セル若しくは所定の発電セルの標準偏差を求め、これをセル電圧のばらつきを示す値として用いてもよい。   Next, in step S603, the cell voltage variation between the power generation cells is obtained by calculation from the voltage of each power generation cell of the fuel cell stack 1 detected by the cell voltage monitor 2. Here, the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the voltage of each power generation cell detected by the cell voltage monitor 2 is used as a value indicating the variation of the cell voltage. The standard deviation of all the power generation cells or the predetermined power generation cells may be obtained and used as a value indicating the cell voltage variation.

次に、ステップＳ６０４において、ステップＳ６０３で求めたセル電圧のばらつきが所定値以下になったかどうかを判定し、セル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、ステップＳ６０５において、内部負荷回路の切り替えスイッチ４２をオフに切り替えて、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離す。   Next, in step S604, it is determined whether or not the cell voltage variation obtained in step S603 is equal to or less than a predetermined value. When the cell voltage variation is equal to or less than the predetermined value, in step S605, the internal load circuit The changeover switch 42 is switched off to disconnect the internal load 41 from the fuel cell stack 1.

その後、ステップＳ６０６において、燃料電池スタック１への水素の供給を停止させ、また、加湿手段や冷却機構の動作も停止させて、停止時電圧低下運転を終了する。   Thereafter, in step S606, the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is stopped, and the operation of the humidifying means and the cooling mechanism is also stopped, and the stop time voltage reduction operation is ended.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に停止時電圧低下運転を行う際に、燃料電池スタック１の各発電セル間におけるセル電圧のばらつきが所定値以下となった段階で内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離すようにしているので、内部負荷４１を燃料電池スタック１から切り離して停止時電圧低下運転を終了させた後に、燃料電池スタック１の電圧が再度上昇してしまう現象を有効に防止することができ、燃料電池スタック１の触媒能劣化を効果的に抑制することができる。   As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the voltage reduction operation at the time of stop is performed when the system is stopped, the variation in the cell voltage between the power generation cells of the fuel cell stack 1 becomes a predetermined value or less. Since the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 after the internal load 41 is disconnected from the fuel cell stack 1 and the stop voltage reduction operation is terminated, the voltage of the fuel cell stack 1 increases again. Can be effectively prevented, and the catalytic ability deterioration of the fuel cell stack 1 can be effectively suppressed.

また、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１のセル電圧のばらつきのみを基準として内部負荷４１の切り離しタイミングを決めるようにしており、各発電セルのセル電圧の総和、或いは平均セル電圧が低下したかどうかの判定を行わないので、その分、処理を簡素化してコントロールユニット１００の負担を軽減することができる。   Further, in the fuel cell system of the present embodiment, the disconnection timing of the internal load 41 is determined based only on the variation in the cell voltage of the fuel cell stack 1, and the sum of the cell voltages of each power generation cell or the average cell voltage Therefore, it is possible to reduce the burden on the control unit 100 by simplifying the process.

本発明を適用した燃料電池システムの全体構成を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing an overall configuration of a fuel cell system to which the present invention is applied. 燃料電池スタックの運転負荷と運転圧力との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the driving | running load and operating pressure of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの平均セル電圧の低下を検出する方法を説明する図であり、運転時の負荷に対する燃料電池スタックの電圧特性を示す特性図である。It is a figure explaining the method to detect the fall of the average cell voltage of a fuel cell stack, and is a characteristic view which shows the voltage characteristic of the fuel cell stack with respect to the load at the time of driving | operation. 燃料電池スタックに接続された内部負荷回路を示す図である。It is a figure which shows the internal load circuit connected to the fuel cell stack. 停止時電圧低下運転を実施するための構成としてコントロールユニットに実現される各部を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows each part implement | achieved by the control unit as a structure for implementing a voltage reduction driving | operation at the time of a stop. 燃料電池スタックの温度と内部負荷を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature used as a timing which isolate | separates the temperature of a fuel cell stack, and an internal load. 第１の実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。In the fuel cell system of 1st Embodiment, it is a flowchart which shows the flow of a process of the voltage reduction driving | operation at the time of a stop implemented at the time of a system stop. システム停止前所定期間における燃料電池スタックの運転負荷の移動平均値と内部負荷を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the threshold value used as the moving average value of the driving load of a fuel cell stack in the predetermined period before a system stop, and the timing which isolate | separates an internal load. 第２の実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。In the fuel cell system of 2nd Embodiment, it is a flowchart which shows the flow of a process of the voltage fall operation at the time of a stop implemented at the time of a system stop. システム停止前所定期間における燃料電池スタックの運転圧力の移動平均値と内部負荷を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the moving average value of the operating pressure of a fuel cell stack in the predetermined period before a system stop, and the threshold value used as the timing which isolate | separates an internal load. 第３の実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。In the fuel cell system of 3rd Embodiment, it is a flowchart which shows the flow of a process of the voltage reduction driving | operation at the time of a stop implemented at the time of a system stop. システム停止前所定期間における冷却液の導電率の移動平均値と内部負荷を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the threshold value used as the moving average value of the electrical conductivity of the cooling fluid in the predetermined period before a system stop, and the timing which isolate | separates an internal load. 第４の実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。In the fuel cell system of 4th Embodiment, it is a flowchart which shows the flow of a process of the voltage fall operation at the time of a stop implemented at the time of a system stop. 冷却液導電率の移動平均値と最小値との差と内部負荷を切り離すタイミングとなる閾値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the threshold value used as the timing which isolate | separates the difference of the moving average value and minimum value of coolant conductivity, and internal load. 第５の実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。In the fuel cell system of 5th Embodiment, it is a flowchart which shows the flow of a process of the voltage fall operation at the time of a stop implemented at the time of a system stop. 第６の実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時に実施される停止時電圧低下運転の処理の流れを示すフローチャートである。In the fuel cell system of 6th Embodiment, it is a flowchart which shows the flow of a process of the voltage fall operation at the time of a stop implemented at the time of a system stop.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池スタック
２ セル電圧モニタ
３ 温度センサ
４ 水素タンク
１２ コンプレッサ
３６ 導電率センサ
３７，３８ 温度センサ
１００ コントロールユニット
１０１ 停止処理制御部
１０２ 閾値設定部
１０３ 内部負荷切り離し制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Cell voltage monitor 3 Temperature sensor 4 Hydrogen tank 12 Compressor 36 Conductivity sensor 37,38 Temperature sensor 100 Control unit 101 Stop process control part 102 Threshold setting part 103 Internal load isolation | separation control part

Claims (14)

システム停止時に、燃料電池に内部負荷を接続すると共に、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給を停止して燃料ガスの供給のみを継続し、前記燃料電池内の酸化剤極側に残存する酸素を消費させて前記燃料電池の電圧を低下させる停止時電圧低下運転を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の電圧を検出する電池電圧検出手段と、
前記電池電圧検出手段により検出された前記燃料電池の電圧が閾値以下まで低下した段階で前記燃料電池から前記内部負荷を切り離す内部負荷切り離し制御手段と、
システム停止時における当該燃料電池システムの状況に応じて前記閾値を変化させる閾値変更手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 When the system is stopped, an internal load is connected to the fuel cell, the supply of the oxidant gas to the fuel cell is stopped, and only the supply of the fuel gas is continued, and the oxygen remaining on the oxidant electrode side in the fuel cell In the fuel cell system that performs the voltage drop operation at the time of stopping to reduce the voltage of the fuel cell by consuming
Battery voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell;
An internal load disconnection control means for disconnecting the internal load from the fuel cell when the voltage of the fuel cell detected by the battery voltage detection means decreases to a threshold value or less;
A fuel cell system comprising: a threshold value changing unit that changes the threshold value according to the state of the fuel cell system when the system is stopped. 前記閾値変更手段は、システム停止時における前記燃料電池の温度、又は前記燃料電池入口における冷却液温度、又は前記燃料電池出口における冷却液温度の何れかに応じて、前記閾値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The threshold value changing means changes the threshold value according to either the temperature of the fuel cell at the time of system stop, the coolant temperature at the fuel cell inlet, or the coolant temperature at the fuel cell outlet. The fuel cell system according to claim 1. 前記閾値変更手段は、システム停止前所定期間における前記燃料電池の運転負荷の最大値又は平均値に応じて、前記閾値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the threshold value changing unit changes the threshold value according to a maximum value or an average value of an operating load of the fuel cell in a predetermined period before the system is stopped. 前記閾値変更手段は、システム停止前所定期間における前記燃料電池の運転圧力の最大値又は平均値に応じて、前記閾値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the threshold value changing unit changes the threshold value in accordance with a maximum value or an average value of an operating pressure of the fuel cell in a predetermined period before the system is stopped. 前記閾値変更手段は、前記燃料電池に供給される冷却液又は加湿水の導電率の状況に応じて、前記閾値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the threshold value changing unit changes the threshold value according to a state of conductivity of a coolant or humidified water supplied to the fuel cell. 前記冷却液又は加湿水の導電率の状況とは、システム停止前所定期間における導電率の最大値又は平均値であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the state of conductivity of the coolant or humidified water is a maximum value or an average value of conductivity in a predetermined period before the system is stopped. 前記冷却液又は加湿水の導電率の状況とは、システム停止前所定期間における導電率の平均値とシステム起動時からの導電率の最小値との差であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。   6. The state of conductivity of the coolant or humidified water is a difference between an average value of conductivity in a predetermined period before the system is stopped and a minimum value of conductivity since the system is started. The fuel cell system described. 前記電池電圧検出手段は、前記燃料電池を構成する各発電セルの総電圧、又は各発電セルの平均電圧を検出することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the battery voltage detection means detects a total voltage of each power generation cell constituting the fuel cell or an average voltage of each power generation cell. 前記内部負荷切り離し制御手段は、前記電池電圧検出手段により検出された前記燃料電池の電圧が閾値以下まで低下し、且つ、前記燃料電池を構成する各発電セル間における電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、前記燃料電池から前記内部負荷を切り離すことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。   The internal load disconnection control means reduces the voltage of the fuel cell detected by the battery voltage detection means to a threshold value or less, and the variation in voltage between the power generation cells constituting the fuel cell is not more than a predetermined value. 9. The fuel cell system according to claim 1, wherein the internal load is disconnected from the fuel cell at this stage. 前記各発電セル間における電圧のばらつきとは、発電セルの最大電圧と最小電圧との差であることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 9, wherein the voltage variation between the power generation cells is a difference between a maximum voltage and a minimum voltage of the power generation cells. 前記各発電セル間における電圧のばらつきとは、各発電セルの電圧の標準偏差であることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 9, wherein the variation in voltage between the power generation cells is a standard deviation of the voltage of each power generation cell. システム停止時に、燃料電池に内部負荷を接続すると共に、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給を停止して燃料ガスの供給のみを継続し、前記燃料電池内の酸化剤極側に残存する酸素を消費させて前記燃料電池の電圧を低下させる停止時電圧低下運転を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池を構成する各発電セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記燃料電池を構成する各発電セル間における電圧のばらつきが所定値以下となった段階で、前記燃料電池から前記内部負荷を切り離す内部負荷切り離し制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 When the system is stopped, an internal load is connected to the fuel cell, the supply of the oxidant gas to the fuel cell is stopped, and only the supply of the fuel gas is continued, and the oxygen remaining on the oxidant electrode side in the fuel cell In the fuel cell system that performs the voltage drop operation at the time of stopping to reduce the voltage of the fuel cell by consuming
Cell voltage detection means for detecting the voltage of each power generation cell constituting the fuel cell;
A fuel cell system comprising: an internal load separation control means for separating the internal load from the fuel cell when a variation in voltage between the power generation cells constituting the fuel cell becomes equal to or less than a predetermined value. 前記各発電セル間における電圧のばらつきとは、発電セルの最大電圧と最小電圧との差であることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 12, wherein the variation in voltage between the power generation cells is a difference between a maximum voltage and a minimum voltage of the power generation cells. 前記各発電セル間における電圧のばらつきとは、各発電セルの電圧の標準偏差であることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 12, wherein the variation in voltage between the power generation cells is a standard deviation of the voltage of each power generation cell.
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