JP2005063801A - Fuel cell system and movable body - Google Patents

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Hisahiro Yoshida
尚弘 吉田
Hiroaki Mori
裕晃 森
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To continue the operation of a fuel cell system while performing a process of reducing an abnormal voltage in case of detection of the abnormal voltage of a power generating cell. <P>SOLUTION: When an abnormal voltage drop is generated (S6) at any of the power generating cells 200, a prescribed process is carried out in compliance with a period continued thereof, namely, when the continued period of the abnormal voltage drop exceeds t2, a process of reducing abnormal voltage is carried out (S12). More concretely, the pressure of flowing gas is increased, a time interval for exhausting off-gas from a hydrogen circulation system is shortened, and an exhaustion volume is increased. When the abnormality is not eliminated by the above process and the continued period exceeds t3, an upper limit value of an output is lowered (S14). When the continued period exceeds t4, the upper limit value of the output is further lowered (S15). When the continued period exceeds t1, the operation of the fuel cell system is stopped (S19). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、燃料電池システムに関し、さらに詳しくは、特定のセルの発電電圧が低下した場合にも燃料電池システム全体の運転を継続できる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system capable of continuing the operation of the entire fuel cell system even when the power generation voltage of a specific cell is lowered.

燃料電池（以下で「ＦＣ」と表記することがある）は、それぞれ燃料ガスを反応させて発電を行う発電セルを、複数備えている。この発電セル内の電解質膜に液体の水が過剰に付着していると、その発電セルの起電力が低下する。そして、そのまま放置すると、電解質膜の損傷につながる。このため、従来は、各発電セルの状態をモニタし、いずれかの発電セルの異常を検知した場合には、まず、異常を低減する処理を行っていた。そして、その処理によっても異常が解消されない場合には、燃料電池システム全体の運転を停止していた。   A fuel cell (hereinafter sometimes referred to as “FC”) includes a plurality of power generation cells that each generate power by reacting a fuel gas. If liquid water is excessively attached to the electrolyte membrane in the power generation cell, the electromotive force of the power generation cell is reduced. If left as it is, the electrolyte membrane is damaged. For this reason, conventionally, when the state of each power generation cell is monitored and an abnormality of any one of the power generation cells is detected, processing for reducing the abnormality is first performed. If the abnormality is not resolved by the processing, the operation of the entire fuel cell system is stopped.

特許文献１には、燃料電池の抵抗の変化率に基づいて電解質膜の加湿状態を判定する技術が開示されている。また、他の関連文献として、特許文献２ないし５がある。   Patent Document 1 discloses a technique for determining a humidified state of an electrolyte membrane based on a rate of change in resistance of a fuel cell. Other related documents include Patent Documents 2 to 5.

特開２０００−２４３４１８号公報JP 2000-243418 A

特開昭和６３−１１０５５８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 63-110558

特開２０００−２１４２９号公報JP 2000-21429 A

特開昭６３−２６４８７６号公報JP-A 63-264876

特開２００１−２３６６７号公報JP 2001-23667 A

電圧の異常を低減する処理によっても異常が解消されない場合に、発電セルの電圧異常を低減する処理を実行しつつ燃料電池システムの運転を継続する技術は、開発されていなかった。   A technique for continuing the operation of the fuel cell system while executing the process of reducing the voltage abnormality of the power generation cell when the abnormality is not solved by the process of reducing the voltage abnormality has not been developed.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、発電セルの電圧の異常を検知した場合に、電圧の異常を低減する処理を実行しつつ燃料電池システムの運転を継続する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and when an abnormality in the voltage of the power generation cell is detected, the operation of the fuel cell system is continued while executing a process for reducing the abnormality in the voltage. It aims at providing the technology to do.

上記目的を達成するために、本発明は、以下のような構成を備える。すなわち、本発明の一形態である燃料電池システムは、発電を行う複数の発電セルと、少なくとも一部の発電セルの電圧を検知する電圧検知部と、発電セルの電圧が回復しきい値を下回っている状態において発電セルの発電性能を改善する回復処理を実行できる回復部と、燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を備える。   In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement. That is, a fuel cell system according to an aspect of the present invention includes a plurality of power generation cells that generate power, a voltage detection unit that detects voltages of at least some of the power generation cells, and the voltage of the power generation cells is below a recovery threshold. A recovery unit that can execute a recovery process for improving the power generation performance of the power generation cell in a state where the power generation cell is in operation, and a control unit that controls the operation of the fuel cell system.

この燃料電池システムにおいて、制御部は、発電セルの電圧が回復しきい値を下回った場合に、回復部による回復処理を開始し、回復処理を行った後、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った場合に、燃料電池ユニットの出力の上限値を下げることが好ましい。このような態様とすれば、発電セルの電圧の異常を検知した場合に、電圧の異常を低減する処理を実行しつつ燃料電池システムの運転を継続することができる。   In this fuel cell system, when the voltage of the power generation cell falls below the recovery threshold, the control unit starts the recovery process by the recovery unit, and after performing the recovery process, the voltage of the power generation cell is changed to the first operation. When the value falls below the threshold value, it is preferable to lower the upper limit value of the output of the fuel cell unit. If it is set as such an aspect, when the abnormality of the voltage of a power generation cell is detected, the driving | operation of a fuel cell system can be continued, performing the process which reduces the abnormality of a voltage.

なお、第１の運転しきい値は、回復しきい値よりも低い値とすることができる。このような態様においては、発電セルの電圧が低下した後、回復処理によって電圧の低下が低減され、その結果、引き続いて発電セルの電圧が低下して第１の運転しきい値を下回ってしまうという事態を回避できた場合には、燃料電池ユニットの出力の上限値を下げることなく、燃料電池ユニットの運転を継続することができる。   The first operation threshold value can be set to a value lower than the recovery threshold value. In such an embodiment, after the voltage of the power generation cell is reduced, the voltage reduction is reduced by the recovery process, and as a result, the voltage of the power generation cell is subsequently reduced to fall below the first operating threshold value. If the situation can be avoided, the operation of the fuel cell unit can be continued without lowering the upper limit value of the output of the fuel cell unit.

また、第１の運転しきい値は、回復しきい値よりも高い値とすることができる。このような態様においては、回復処理によって発電セルの電圧が回復しきい値を上回った場合に、さらに低出力での燃料電池ユニットの運転を行うことで、発電セルの電圧が回復しきい値を上回った場合にすぐに出力の上限値を上げる態様に比べて、発電セルの電圧が再度低下する可能性を低くすることができる。   Further, the first operation threshold value can be higher than the recovery threshold value. In such an embodiment, when the voltage of the power generation cell exceeds the recovery threshold value by the recovery process, the fuel cell unit is operated at a lower output so that the voltage of the power generation cell reaches the recovery threshold value. The possibility that the voltage of the power generation cell is reduced again can be reduced as compared with a mode in which the upper limit value of the output is immediately increased when the output exceeds the value.

さらに、第１の運転しきい値は、回復しきい値と等しい値とすることもできる。そのような態様とすれば、適切な量だけ回復処理を行うことができる。   Furthermore, the first operating threshold value may be equal to the recovery threshold value. With such an aspect, the recovery process can be performed by an appropriate amount.

なお、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った状態が、第１の時間だけ継続した場合には、燃料電池システムの運転を停止することが好ましい。このような態様とすれば、発電セルの損傷を防止することができる。   In addition, when the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for the first time, it is preferable to stop the operation of the fuel cell system. If it is set as such an aspect, damage to a power generation cell can be prevented.

また、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った状態が、第１の時間よりも短い第２の時間だけ継続した場合には、燃料電池ユニットの出力の上限値をさらに下げる態様とすることもできる。このような態様とすれば、発電セルの損傷を防止しつつ、燃料電池システムの運転を継続することができる。   Further, when the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for a second time shorter than the first time, the upper limit value of the output of the fuel cell unit is further reduced. It can also be. With such an embodiment, the operation of the fuel cell system can be continued while preventing damage to the power generation cell.

なお、発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った場合には、燃料電池ユニットの出力の上限値を上げることが好ましい。このような態様とすれば、発電セルが電圧を回復したあと、出力制限を緩めて、それまでよりも高い出力で燃料電池を運転することができる。   Note that when the voltage of the power generation cell exceeds the second operation threshold value, it is preferable to increase the upper limit value of the output of the fuel cell unit. With such an embodiment, after the power generation cell recovers the voltage, the output limit is relaxed, and the fuel cell can be operated at a higher output than before.

上記の態様は、発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った場合には、燃料電池ユニットの出力の上限値を、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回る前の燃料電池ユニットの出力の上限値とする態様とすることができる。このような態様とすれば、発電セルが電圧を回復したあと、燃料電池システムの運転状態を、もとの状態に戻すことができる。   In the above aspect, when the voltage of the power generation cell exceeds the second operation threshold value, the upper limit value of the output of the fuel cell unit is exceeded, and the voltage before the voltage of the power generation cell falls below the first operation threshold value. It can be set as the aspect set as the upper limit of the output of a fuel cell unit. If it is set as such an aspect, after a power generation cell recovers a voltage, the driving | running state of a fuel cell system can be returned to the original state.

また、上記の態様は、発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った場合には、燃料電池ユニットの出力の上限値を、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回る前の燃料電池ユニットの出力の上限値よりも低い値とする態様とすることもできる。このような態様とすれば、発電セルが電圧を回復したあと、もとの運転状態よりも低い出力で運転を継続して、発電セルの電圧がふたたび低下しないかどうかを監視することができる。   In the above aspect, when the voltage of the power generation cell exceeds the second operation threshold value, the upper limit value of the output of the fuel cell unit is reduced, and the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value. It can also be set as the aspect made into the value lower than the upper limit of the output of the previous fuel cell unit. According to such an aspect, after the power generation cell recovers the voltage, the operation can be continued at an output lower than the original operation state, and it can be monitored whether or not the voltage of the power generation cell is lowered again.

第２の運転しきい値は、第１の運転しきい値と等しい値とすることができる。   The second operating threshold can be equal to the first operating threshold.

そして、第２の運転しきい値は、第１の運転しきい値よりも高い値とすることができる。このような態様とすれば、発電セルの電圧が第１の運転しきい値近傍を変動する場合にも、燃料電池システムを安定して運転することができる。   And the 2nd driving threshold can be made into a value higher than the 1st driving threshold. With such an embodiment, the fuel cell system can be stably operated even when the voltage of the power generation cell fluctuates in the vicinity of the first operation threshold value.

なお、発電セルの電圧の低下がフラッディングによる電圧の低下である場合に、本発明は特に有効である。   The present invention is particularly effective when the voltage drop of the power generation cell is a voltage drop due to flooding.

また、回復部は、発電セルに直接または間接に接続され、酸化ガスと燃料ガスとのうちの一方のガスを発電セルに供給するポンプであって、供給圧力と供給速度との少なくとも一方を変動させてガスを供給できるポンプとすることができる。このポンプは、供給圧力または供給速度の変動により発電セル内の液体の水を除去することで回復処理を実行できる。このような態様とすれば、フラッディングによる電圧低下が生じた発電セルの状態を、効果的に回復させることができる。   The recovery unit is a pump that is directly or indirectly connected to the power generation cell and supplies one of oxidizing gas and fuel gas to the power generation cell, and fluctuates at least one of supply pressure and supply speed. Thus, the pump can supply gas. This pump can perform a recovery process by removing liquid water in the power generation cell due to fluctuations in supply pressure or supply speed. If it is set as such an aspect, the state of the electric power generation cell which the voltage drop by flooding produced can be recovered | restored effectively.

なお、本発明は、人を乗せて移動するための移動体であって、以上で説明したような燃料電池システムと、燃料電池システムから供給される電力で駆動されるモータと、モータの動力を外部に伝達して移動体を移動させる伝達部と、を備える移動体の態様で実現することも可能である。このような態様とすれば、ユーザは発電セルに異常が生じた後も、移動が可能である。よって、危険な場所で移動体が動けなくなってしまうことがない。   The present invention is a moving body for carrying a person, and is a fuel cell system as described above, a motor driven by electric power supplied from the fuel cell system, and the power of the motor. It is also possible to realize in the form of a moving body that includes a transmission unit that transmits the moving body to the outside. With this aspect, the user can move even after an abnormality occurs in the power generation cell. Therefore, the moving body does not get stuck in a dangerous place.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムの運転方法や、燃料電池システムを備える車両、船舶、自家発電システムなどの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of an operation method of a fuel cell system, a vehicle including a fuel cell system, a ship, a private power generation system, or the like.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置の全体構成：
Ａ−２．燃料電池システムの概略構成：
Ａ−３．燃料電池システムの運転：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Overall configuration of the device:
A-2. General configuration of the fuel cell system:
A-3. Operation of the fuel cell system:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variation:

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．装置の全体構成：
図１は、本発明の実施例である電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。電気自動車１０は、動力装置１７と、減速ギヤ３４と、車両駆動軸３８と、車輪３９と、を備えている。動力装置１７の出力軸３６は、減速ギヤ３４を介して車両駆動軸３８に接続されている。減速ギヤ３４は、駆動モータ３２が出力軸３６を通じて出力する動力を、その回転数を調節した上で車両駆動軸３８に伝える。車両駆動軸３８は、車輪３９に接続されている。 A. First embodiment:
A-1. Overall configuration of the device:
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of an electric vehicle 10 according to an embodiment of the present invention. The electric vehicle 10 includes a power unit 17, a reduction gear 34, a vehicle drive shaft 38, and wheels 39. The output shaft 36 of the power unit 17 is connected to the vehicle drive shaft 38 via the reduction gear 34. The reduction gear 34 transmits the power output from the drive motor 32 through the output shaft 36 to the vehicle drive shaft 38 after adjusting the rotational speed. The vehicle drive shaft 38 is connected to the wheels 39.

動力装置１７は、電源装置１５と、駆動インバータ３０と、駆動インバータ３０を介して電源装置１５に接続される駆動モータ３２と、を備えている。電源装置１５と駆動モータ３２との間には、配線５０が設けられており、この配線５０を介して、電源装置１５と負荷との間で電力がやり取りされる。すなわち、駆動モータ３２は、力行運転時には、電源装置１５から電力を供給される負荷であり、一方、回生運転時には、電源装置１５に電力を供給する電源である。   The power unit 17 includes a power supply device 15, a drive inverter 30, and a drive motor 32 connected to the power supply device 15 via the drive inverter 30. A wiring 50 is provided between the power supply device 15 and the drive motor 32, and power is exchanged between the power supply device 15 and the load via the wiring 50. That is, the drive motor 32 is a load that is supplied with power from the power supply device 15 during powering operation, and is a power supply that supplies power to the power supply device 15 during regenerative operation.

電源装置１５は、燃料電池システム２２と、２次電池２６とを備えている。燃料電池システム２２は、発電の本体である燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０に燃料ガスや空気を供給するためのポンプ等の機器を備えている。図１においては、それらの機器をまとめて高圧補機４０として示す。なお、本明細書では、狭義には、燃料電池スタック１１０と高圧補機４０とをまとめて「燃料電池システム」と呼ぶが（図１の破線で囲った部分２２）、広義には、燃料電池スタック１１０と高圧補機４０に、さらにそれらを制御する制御部４８を加えたものを「燃料電池システム」と呼ぶ。   The power supply device 15 includes a fuel cell system 22 and a secondary battery 26. The fuel cell system 22 includes a fuel cell stack 110 that is a main body of power generation, and devices such as a pump for supplying fuel gas and air to the fuel cell stack 110. In FIG. 1, these devices are collectively shown as a high-pressure auxiliary machine 40. In the present specification, the fuel cell stack 110 and the high-pressure auxiliary machine 40 are collectively referred to as a “fuel cell system” (part 22 surrounded by a broken line in FIG. 1) in a narrow sense, but in a broad sense, a fuel cell. The stack 110 and the high-pressure auxiliary machine 40 further added with a control unit 48 for controlling them is called a “fuel cell system”.

燃料電池システム２２が接続されている配線５０には、燃料電池スタック１１０へ電流が逆流するのを防止するためのダイオード４２がさらに設けられている。さらに、配線５０には、この配線５０に対する燃料電池スタック１１０の接続状態を入り切りするスイッチ２０が設けられている。   The wiring 50 to which the fuel cell system 22 is connected is further provided with a diode 42 for preventing a current from flowing backward to the fuel cell stack 110. Further, the switch 50 is provided on the wiring 50 to turn on and off the connection state of the fuel cell stack 110 to the wiring 50.

また、配線５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８に接続されており、このＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して、２次電池２６は配線５０に接続されている。また、このような電源装置１５における電圧を測定するために、配線５０には、電圧計５２がさらに設けられている。   Further, the wiring 50 is connected to the DC / DC converter 28, and the secondary battery 26 is connected to the wiring 50 through the DC / DC converter 28. In addition, in order to measure the voltage in the power supply device 15, a voltmeter 52 is further provided in the wiring 50.

２次電池２６としては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。この２次電池２６は、駆動モータ３２が力行運転を行っており要求負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、駆動モータ３２に電力を供給して、燃料電池システム２２を補う。また、駆動モータ３２が回生運転を行っている場合には、駆動モータ３２から回生電力を供給され、これを蓄える。   Various secondary batteries such as a lead storage battery, a nickel-cadmium storage battery, a nickel-hydrogen storage battery, and a lithium secondary battery can be used as the secondary battery 26. The secondary battery 26 supplements the fuel cell system 22 by supplying power to the drive motor 32 when the drive motor 32 is performing a power running operation and the required load is greater than a predetermined value. Moreover, when the drive motor 32 is performing regenerative operation, regenerative electric power is supplied from the drive motor 32 and this is stored.

ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、目標電圧値を設定することによって、燃料電池システム２２からの出力電圧を調節し、燃料電池システム２２の発電量を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、２次電池２６において充放電を行なう必要のないときには、２次電池２６と配線５０との接続を開放する。   The DC / DC converter 28 adjusts the output voltage from the fuel cell system 22 by setting a target voltage value, and controls the power generation amount of the fuel cell system 22. Further, the DC / DC converter 28 opens the connection between the secondary battery 26 and the wiring 50 when the secondary battery 26 does not need to be charged / discharged.

電源装置１５から電力の供給を受ける負荷の一つである駆動モータ３２は、同期モータであって、回転磁界を形成するための三相コイルを備えている。この駆動モータ３２は、駆動インバータ３０を介して配線５０に接続されており、電源装置１５から電力の供給を受ける。駆動インバータ３０は、上記モータの各相に対応するスイッチング素子としてのトランジスタを備えるトランジスタインバータである。   The drive motor 32 that is one of the loads that receive power supply from the power supply device 15 is a synchronous motor and includes a three-phase coil for forming a rotating magnetic field. The drive motor 32 is connected to the wiring 50 via the drive inverter 30 and receives power supply from the power supply device 15. The drive inverter 30 is a transistor inverter including a transistor as a switching element corresponding to each phase of the motor.

電気自動車１０は、制御部４８をさらに備えている。制御部４８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部４８は、既述した電圧計５２による検出信号や、２次電池の残存容量モニタ２７が出力する信号、あるいは、車両の運転に関して入力される指示信号を取得する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８，スイッチ２０，燃料電池システム２２、駆動インバータ３０などに駆動信号を出力する。   The electric vehicle 10 further includes a control unit 48. The control unit 48 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU that executes a predetermined calculation according to a preset control program, and a control necessary for executing various arithmetic processes by the CPU. A ROM in which programs and control data are stored in advance, a RAM in which various data necessary for performing various arithmetic processes in the CPU are temporarily read and written, an input / output port for inputting and outputting various signals, and the like . The control unit 48 acquires the detection signal from the voltmeter 52 described above, the signal output from the remaining capacity monitor 27 of the secondary battery, or the instruction signal input regarding the operation of the vehicle. Further, a drive signal is output to the DC / DC converter 28, the switch 20, the fuel cell system 22, the drive inverter 30, and the like.

電気自動車１０の動きを制御するための制御部４８への入力装置としては、アクセル、ブレーキなどがある。図１では、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサ５７を示している。また、電気自動車１０には、制御部４８にデータを入力するものとしては、ブレーキの踏み込み量を検出するブレーキセンサ５６、電気自動車１０の車速を検出する車速センサ５８なども備えられている。これらの電気自動車１０の走行状態を把握するための各種センサについては、図１では図示を省略する。   Examples of the input device to the control unit 48 for controlling the movement of the electric vehicle 10 include an accelerator and a brake. FIG. 1 shows an accelerator opening sensor 57 that detects the accelerator opening. The electric vehicle 10 also includes a brake sensor 56 that detects the amount of depression of the brake, a vehicle speed sensor 58 that detects the vehicle speed of the electric vehicle 10, and the like as data input to the control unit 48. The various sensors for grasping the traveling state of the electric vehicle 10 are not shown in FIG.

Ａ−２．燃料電池システムの概略構成：
図２は、燃料電池システム２２の概略構成を示す説明図である。燃料電池スタック１１０は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する発電セル２００の積層体である。各発電セル２００は、電解質膜を挟んで水素極（以下、アノードと称する）と酸素極（以下、カソードと称する）とを配置した構成となっている。本実施例では、ナフィオン（登録商標）などの固体高分子膜を電解質膜として利用する固体高分子型の発電セルを用いるものとした。 A-2. General configuration of the fuel cell system:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 22. The fuel cell stack 110 is a stacked body of power generation cells 200 that generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Each power generation cell 200 has a configuration in which a hydrogen electrode (hereinafter referred to as an anode) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as a cathode) are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. In this embodiment, a solid polymer type power generation cell using a solid polymer membrane such as Nafion (registered trademark) as an electrolyte membrane is used.

積層された各発電セル２００には、それぞれ電圧計２０２が接続されている。制御部４８は、これらの電圧計が計測した各発電セル２００の電圧をもとに、各機器の制御を行う。なお、図２においては、電圧計２０２は、一つだけ示している。なお、電圧計は、すべての発電セル２００に接続するのではなく、代表的な一部の発電セル２００にのみ接続する態様とすることもできる。   A voltmeter 202 is connected to each of the stacked power generation cells 200. The control unit 48 controls each device based on the voltage of each power generation cell 200 measured by these voltmeters. In FIG. 2, only one voltmeter 202 is shown. It should be noted that the voltmeter may be connected not to all the power generation cells 200 but only to some representative power generation cells 200.

燃料電池スタック１１０のカソードには、酸素を含有した酸化ガスとして圧縮空気が供給される。空気は、外部（大気中）から取り入れられエアコンプレッサ１４１で圧縮された後、加湿器１４２で加湿され、配管１３５から燃料電池スタック１１０に供給される。カソードからの排気（カソードオフガス）は、配管１３６、圧力調整弁１２７、加湿器１４２、希釈器１４４を通じて外部に排出される。なお、加湿器１４２は、燃料電池スタック１１０内における反応によって生じた水分を多く含んだ配管１３６内の排気と、外部から取り入れられ燃料電池スタック１１０内に供給される配管１３５内の空気とを、高分子膜を挟んで間接的に接触させる。その結果、配管１３６内の排気から新たに導入する配管１３５内の空気へと水分が移動し、空気の加湿が行われる。   Compressed air is supplied to the cathode of the fuel cell stack 110 as an oxidizing gas containing oxygen. The air is taken in from the outside (in the atmosphere), compressed by the air compressor 141, humidified by the humidifier 142, and supplied from the pipe 135 to the fuel cell stack 110. Exhaust gas from the cathode (cathode off-gas) is discharged to the outside through the pipe 136, the pressure regulating valve 127, the humidifier 142, and the diluter 144. The humidifier 142 removes the exhaust in the pipe 136 containing a large amount of water generated by the reaction in the fuel cell stack 110 and the air in the pipe 135 that is taken from the outside and supplied into the fuel cell stack 110, Indirect contact with the polymer membrane in between. As a result, moisture moves from the exhaust in the pipe 136 to the air in the pipe 135 to be newly introduced, and the air is humidified.

エアコンプレッサ１４１は、配管１３５内の圧力を比較的低い圧力に保ち、空気の供給速度を低い速度に保つ低出力モードと、配管１３５内の圧力を比較的高い圧力に保ち、空気の供給速度を高い速度に保つ高出力モードと、の二つの運転モードを有している。定常状態において、エアコンプレッサ１４１は、低出力モードで運転される。そして、エアコンプレッサ１４１は、所定の条件下で電解質膜２３２に付着した水分を吹き飛ばすために、高出力モードで運転される。   The air compressor 141 keeps the pressure in the pipe 135 at a relatively low pressure and a low output mode in which the air supply speed is kept at a low speed, and keeps the pressure in the pipe 135 at a relatively high pressure and reduces the air supply speed. It has two operation modes, a high output mode that maintains a high speed. In the steady state, the air compressor 141 is operated in the low output mode. Then, the air compressor 141 is operated in a high output mode in order to blow off the moisture adhering to the electrolyte membrane 232 under a predetermined condition.

燃料電池スタック１１０のアノードには、水素供給配管１３２を介して水素タンク１２０から水素ガスが供給される。水素タンク１２０に高圧で貯蔵された水素ガスは、レギュレータ１２３によって圧力が減圧されて、シャットバルブ１２４を通りアノードに供給される。水素供給配管１３２の経路中、レギュレータ１２３と燃料電池スタック１１０との間には、燃料電池スタック１１０に供給される水素ガスの圧力を検出するための圧力センサ１１２が設けられている。アノードからの排気（以下、「アノードオフガス」と称する）は、シャットバルブ１２５を通り還流配管１３３に流出する。   Hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 120 to the anode of the fuel cell stack 110 through the hydrogen supply pipe 132. The hydrogen gas stored at a high pressure in the hydrogen tank 120 is reduced in pressure by the regulator 123 and supplied to the anode through the shut valve 124. In the path of the hydrogen supply pipe 132, a pressure sensor 112 for detecting the pressure of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 110 is provided between the regulator 123 and the fuel cell stack 110. Exhaust gas from the anode (hereinafter referred to as “anode off gas”) flows through the shut valve 125 to the reflux pipe 133.

還流配管１３３の経路中には、気液分離器１４６が設けられている。環流配管１３３中には、アノードオフガス中に含まれる水蒸気が液化して生じた液体の水が存在する。また、カソード側の反応によって生じた水の一部が、発電セル２００中の電解質膜を通ってアノード側に浸みだし、アノードオフガスによって発電セル２００から環流配管１３３に運ばれる。それら液体の水は、気液分離器１４６によって水素ガスおよび水蒸気から分離され、環流配管１３３から外部に排出される。   A gas-liquid separator 146 is provided in the route of the reflux pipe 133. In the reflux pipe 133, there is liquid water generated by liquefying water vapor contained in the anode off gas. In addition, a part of the water generated by the reaction on the cathode side passes through the electrolyte membrane in the power generation cell 200 to the anode side, and is transported from the power generation cell 200 to the reflux pipe 133 by the anode off gas. The liquid water is separated from the hydrogen gas and water vapor by the gas-liquid separator 146 and is discharged to the outside through the reflux pipe 133.

環流配管１３３は、気液分離器１４６の下流で二つに分岐している。分岐の一方はアノードオフガスを外部に排出するための排出管１３４に接続され、他方は逆止弁１２８を介して水素供給配管１３２に接続されている。燃料電池スタック１１０での発電によって水素が消費される結果、アノードオフガスの圧力は、水素供給配管１３２中の水素ガスに比べて低くなる。このため、環流配管１３３には、アノードオフガスを水素供給配管１３２に環流することができるようにアノードオフガスを昇圧する水素ポンプ１４５が設けられている。   The reflux pipe 133 branches into two downstream of the gas-liquid separator 146. One of the branches is connected to a discharge pipe 134 for discharging the anode off gas to the outside, and the other is connected to a hydrogen supply pipe 132 via a check valve 128. As a result of the consumption of hydrogen by power generation in the fuel cell stack 110, the pressure of the anode off gas becomes lower than the hydrogen gas in the hydrogen supply pipe 132. For this reason, the circulating pipe 133 is provided with a hydrogen pump 145 that boosts the anode off gas so that the anode off gas can be circulated to the hydrogen supply pipe 132.

水素ポンプ１４５は、水素供給配管１３２側の圧力を比較的低い圧力に保ち、水素の循環速度を低い速度に保つ低出力モードと、水素供給配管１３２側の圧力を比較的高い圧力に保ち、水素の循環速度を高い速度に保つ高出力モードと、の二つの運転モードを有している。定常状態において、水素ポンプ１４５は、低出力モードで運転される。そして、水素ポンプ１４５は、所定の条件下で電解質膜２３２に付着した水分を吹き飛ばすために、高出力モードで運転される。   The hydrogen pump 145 maintains the pressure on the hydrogen supply pipe 132 side at a relatively low pressure, maintains the hydrogen circulation speed at a low speed, and maintains the pressure on the hydrogen supply pipe 132 side at a relatively high pressure. There are two operation modes: a high output mode for keeping the circulation speed at a high speed. In steady state, the hydrogen pump 145 is operated in a low power mode. Then, the hydrogen pump 145 is operated in a high output mode in order to blow off water adhering to the electrolyte membrane 232 under predetermined conditions.

排出管１３４に設けられた排出バルブ１２６が閉じられている間は、アノードオフガスは水素供給配管１３２を介して再び燃料電池スタック１１０に循環される。アノードオフガスには、発電で消費されなかった水素が残留しているため、このように循環させることにより、水素を有効利用することができる。   While the discharge valve 126 provided in the discharge pipe 134 is closed, the anode off gas is circulated again to the fuel cell stack 110 through the hydrogen supply pipe 132. Since hydrogen that has not been consumed in power generation remains in the anode off gas, hydrogen can be effectively used by circulating in this way.

一方、排出バルブ１２６が開かれると、アノードオフガスは、排出管１３４を通り、希釈器１４４で空気によって希釈された後、外部に排出される。アノードオフガス中の不純物の濃度が所定の値以上となった場合に、排出バルブ１２６を開いて一部のアノードガスを系外に排出することで、不純物の循環量が低減される。   On the other hand, when the discharge valve 126 is opened, the anode off gas passes through the discharge pipe 134, is diluted with air in the diluter 144, and is then discharged to the outside. When the concentration of impurities in the anode off gas becomes a predetermined value or more, the exhaust valve 126 is opened to discharge part of the anode gas out of the system, thereby reducing the amount of impurities circulating.

燃料電池スタック１１０には、燃料電池スタック１１０に冷却水を供給する配管１３７、および燃料電池スタック１１０に冷却水を排出する配管１３８が接続されている。冷却水を排出する配管１３８はラジエータ１４８と接続されており、さらに、ラジエータ１４８は、燃料電池スタック１１０に冷却水を供給する配管１３７に接続されている。冷却水は配管１３７の途中に設けられたポンプ１４７によって、燃料電池スタック１１０とラジエータ１４８の間を循環される。冷却水が、燃料電池スタック１１０内で各発電セルから受け取った熱を、ラジエータ１４８を通じて外部に放出することで、各発電セルの温度は一定範囲内に保たれる。   A pipe 137 for supplying cooling water to the fuel cell stack 110 and a pipe 138 for discharging cooling water to the fuel cell stack 110 are connected to the fuel cell stack 110. A pipe 138 for discharging the cooling water is connected to the radiator 148, and the radiator 148 is connected to a pipe 137 for supplying cooling water to the fuel cell stack 110. The cooling water is circulated between the fuel cell stack 110 and the radiator 148 by a pump 147 provided in the middle of the pipe 137. The cooling water releases the heat received from each power generation cell in the fuel cell stack 110 to the outside through the radiator 148, so that the temperature of each power generation cell is maintained within a certain range.

なお、冷却水の配管１３８には、燃料電池スタック１１０とラジエータ１４８の間に、冷却水の温度を計測する温度センサ１４９が設けられている。制御部４８は、燃料電池スタック１１０の温度Ｔｆｃとして、この温度センサ１４９が計測した温度を使用して、温度Ｔｆｃに基づいて各機器の制御を行う。   The cooling water pipe 138 is provided with a temperature sensor 149 for measuring the temperature of the cooling water between the fuel cell stack 110 and the radiator 148. The control unit 48 uses the temperature measured by the temperature sensor 149 as the temperature Tfc of the fuel cell stack 110, and controls each device based on the temperature Tfc.

なお、図２に示された、冷却水を循環させるポンプ１４７、発電セル２００に空気を供給するエアコンプレッサ１４１、発電セル２００に水素ガスを供給する水素ポンプ１４５が、図１に示す高圧補機４０に相当する。   Note that the pump 147 for circulating cooling water, the air compressor 141 for supplying air to the power generation cell 200, and the hydrogen pump 145 for supplying hydrogen gas to the power generation cell 200 shown in FIG. This corresponds to 40.

図３は発電セル２００の構造を示す斜視図である。発電セル２００は固体高分子型燃料電池として構成されている。発電セル２００は、電解質膜２３２を水素極２３４、酸素極２３６で挟み込み、さらにその両側をセパレータ２１０、２２０で挟んだ構造を有している。図示の都合上、酸素極２３６は、電解質膜２３２に隠れた位置に存在する。水素極２３４、酸素極２３６は、ガス拡散電極である。   FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the power generation cell 200. The power generation cell 200 is configured as a solid polymer fuel cell. The power generation cell 200 has a structure in which an electrolyte membrane 232 is sandwiched between a hydrogen electrode 234 and an oxygen electrode 236 and both sides thereof are sandwiched between separators 210 and 220. For convenience of illustration, the oxygen electrode 236 exists at a position hidden behind the electrolyte membrane 232. The hydrogen electrode 234 and the oxygen electrode 236 are gas diffusion electrodes.

セパレータ２１０の水素極２３４と対向する面には、複数の溝部２１１が形成されている。また、セパレータ２２０の酸素極２３６と対向する面には、複数の溝部２２１が形成されている。セパレータ２１０、２２０が、水素極２３４、酸素極２３６をさらに両側から挟み込むことによって、水素極２３４とセパレータ２１０との間には、溝部２１１による水平方向の燃料ガス流路２１２が形成される。そして、酸素極２３６とセパレータ２２０との間には、溝部２２１による鉛直方向の酸化ガス流路２２２が形成される。   A plurality of grooves 211 are formed on the surface of the separator 210 facing the hydrogen electrode 234. A plurality of groove portions 221 are formed on the surface of the separator 220 facing the oxygen electrode 236. The separators 210 and 220 further sandwich the hydrogen electrode 234 and the oxygen electrode 236 from both sides, whereby a horizontal fuel gas channel 212 is formed between the hydrogen electrode 234 and the separator 210 by the groove 211. A vertical oxidant gas flow path 222 is formed by the groove 221 between the oxygen electrode 236 and the separator 220.

略板状のセパレータ２１０は、図３に示した水素極２３４と向かい合う側の面に燃料ガス流路２１２を形成するための水平方向の溝部２１１を有している一方で、逆側の面には酸化ガス流路２２２を形成するための鉛直方向の溝部２１３を有している。すなわち、セパレータ２１０は、図３に示した発電セル２００の一部を構成すると同時に、図の左側に隣接する発電セル（図示せず）の一部を構成しており、セパレータ２１０上の溝部２１３は、その隣接する発電セルの酸素極のための酸化ガス流路２２２を形成する。すなわち、積層される各発電セル２００は、互いの間に設けられるセパレータを共有する。   The substantially plate-like separator 210 has a horizontal groove portion 211 for forming the fuel gas passage 212 on the surface facing the hydrogen electrode 234 shown in FIG. Has a vertical groove 213 for forming the oxidizing gas flow path 222. That is, the separator 210 constitutes a part of the power generation cell 200 shown in FIG. 3 and at the same time constitutes a part of the power generation cell (not shown) adjacent to the left side of the figure, and the groove 213 on the separator 210. Forms an oxidizing gas flow path 222 for the oxygen electrode of the adjacent power generation cell. That is, the power generation cells 200 to be stacked share a separator provided between them.

略長方形の板状であるセパレータ２１０の各辺の付近には、それぞれの辺に沿った細長い形状の燃料ガス孔２５３、２５４および酸化ガス孔２５５、２５６が形成されている。燃料ガス孔２５３、２５４は、発電セル２００を積層することによって燃料電池スタック１１０を形成した際に、燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する燃料ガス流路２１２を形成する。また、酸化ガス孔２５５、２５６は、発電セル２００を積層して燃料電池スタック１１０を形成した際に、燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する酸化ガス流路２２２を形成する。   In the vicinity of each side of the substantially rectangular plate-like separator 210, elongated fuel gas holes 253 and 254 and oxidizing gas holes 255 and 256 are formed along the respective sides. The fuel gas holes 253 and 254 form a fuel gas channel 212 that penetrates the fuel cell stack 110 in the stacking direction when the fuel cell stack 110 is formed by stacking the power generation cells 200. The oxidizing gas holes 255 and 256 form an oxidizing gas flow path 222 that penetrates the fuel cell stack 110 in the stacking direction when the fuel cell stack 110 is formed by stacking the power generation cells 200.

まず、燃料電池スタック１１０内の燃料ガス流路２１２について説明する。発電セル２００を積層して燃料電池スタック１１０を形成した状態で、燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する燃料ガス孔２５３は、水素供給配管１３２（図２参照）に接続されている。そして、同様に燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する燃料ガス孔２５４は、環流配管１３３（図２参照）に接続されている。また、燃料ガス孔２５３、２５４は、各発電セルにおいて水平方向に伸びる溝部２１１と連通している。   First, the fuel gas channel 212 in the fuel cell stack 110 will be described. In a state where the power generation cells 200 are stacked to form the fuel cell stack 110, the fuel gas hole 253 that penetrates the fuel cell stack 110 in the stacking direction is connected to the hydrogen supply pipe 132 (see FIG. 2). Similarly, the fuel gas hole 254 that penetrates the fuel cell stack 110 in the stacking direction is connected to the circulation pipe 133 (see FIG. 2). Further, the fuel gas holes 253 and 254 communicate with the groove portion 211 extending in the horizontal direction in each power generation cell.

燃料ガスは、水素供給配管１３２から燃料電池スタック１１０の燃料ガス孔２５３に供給され、各発電セル２００の溝部２１１を通って燃料ガス孔２５４に到達する。各発電セル２００の溝部２１１を通る際に、燃料ガスは各発電セル２００の水素極２３４と接触して所定の反応に供される。その後、燃料ガスは、燃料ガス孔２５４から環流配管１３３に排出される。すなわち、燃料ガス孔２５３、溝部２１１および燃料ガス孔２５４が、燃料電池スタック１１０内の燃料ガス流路２１２を構成する。   The fuel gas is supplied from the hydrogen supply pipe 132 to the fuel gas hole 253 of the fuel cell stack 110, and reaches the fuel gas hole 254 through the groove 211 of each power generation cell 200. When passing through the groove 211 of each power generation cell 200, the fuel gas comes into contact with the hydrogen electrode 234 of each power generation cell 200 and is subjected to a predetermined reaction. Thereafter, the fuel gas is discharged from the fuel gas hole 254 to the reflux pipe 133. That is, the fuel gas hole 253, the groove portion 211, and the fuel gas hole 254 constitute the fuel gas flow path 212 in the fuel cell stack 110.

次に、燃料電池スタック１１０内の酸化ガス流路２２２について説明する。発電セル２００を積層して燃料電池スタック１１０を形成した状態で、燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する酸化ガス孔２５５は、配管１３５（図２参照）に接続されている。そして、燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する酸化ガス孔２５６は、配管１３６（図２参照）に接続されている。また、酸化ガス孔２５５、２５６は、各発電セルにおいて鉛直方向に伸びる溝部２２１、２１３と連通している。   Next, the oxidizing gas flow path 222 in the fuel cell stack 110 will be described. In a state where the power generation cells 200 are stacked to form the fuel cell stack 110, the oxidizing gas hole 255 penetrating the fuel cell stack 110 in the stacking direction is connected to a pipe 135 (see FIG. 2). The oxidizing gas hole 256 that penetrates the fuel cell stack 110 in the stacking direction is connected to a pipe 136 (see FIG. 2). The oxidizing gas holes 255 and 256 communicate with the groove portions 221 and 213 extending in the vertical direction in each power generation cell.

酸化ガスは、配管１３５から燃料電池スタック１１０の酸化ガス孔２５５に供給され、各発電セル２００の溝部２２１，２１３を通って酸化ガス孔２５６に到達する。各発電セル２００の溝部２２１，２１３を通る際に、酸化ガスは各発電セル２００の酸素極２３６と接触し、所定の反応に供される。なお、その反応によって水が生成される。その後、酸化ガスは、酸化ガス孔２５６から配管１３６に排出される。すなわち、酸化ガス孔２５５、溝部２２１，２１３および酸化ガス孔２５６が、燃料電池スタック１１０内の酸化ガス流路２２２を構成する。   The oxidizing gas is supplied from the pipe 135 to the oxidizing gas hole 255 of the fuel cell stack 110 and reaches the oxidizing gas hole 256 through the groove portions 221 and 213 of each power generation cell 200. When passing through the grooves 221 and 213 of each power generation cell 200, the oxidizing gas comes into contact with the oxygen electrode 236 of each power generation cell 200 and is subjected to a predetermined reaction. In addition, water is produced | generated by the reaction. Thereafter, the oxidizing gas is discharged from the oxidizing gas hole 256 to the pipe 136. That is, the oxidizing gas hole 255, the groove portions 221 and 213, and the oxidizing gas hole 256 constitute an oxidizing gas flow path 222 in the fuel cell stack 110.

燃料電池スタック１１０においては、５つの発電セル２００ごとに１枚の割合で、発電セル２００と発電セル２００の間に冷却セパレータ２４０が設けられている。冷却セパレータ２４０は、発電セル２００を冷却する冷却水路を形成するためのセパレータである。冷却セパレータ２４０には、冷却水孔を連絡するジグザグ状の冷却水溝２４２が形成されている。この冷却セパレータ２４０の両側に位置する発電セルは、それぞれ独立のセパレータを有しており、図３のセパレータ２１０のような一つのセパレータを共有してはいない。すなわち、冷却セパレータ２４０は、それぞれ発電セルを構成するセパレータ２２０とセパレータ（図示せず）の間に設けられている。   In the fuel cell stack 110, the cooling separator 240 is provided between the power generation cells 200 at a rate of one for every five power generation cells 200. The cooling separator 240 is a separator for forming a cooling water channel for cooling the power generation cell 200. The cooling separator 240 is formed with a zigzag cooling water groove 242 communicating with the cooling water holes. The power generation cells located on both sides of the cooling separator 240 have independent separators and do not share one separator like the separator 210 in FIG. That is, the cooling separator 240 is provided between the separator 220 and the separator (not shown) that constitute the power generation cell.

前述のように、隣接する二つの発電セル２００が共有しているセパレータ２１０には、その両面にそれぞれ溝部２１１，２１３が設けられている。しかし、冷却セパレータ２４０と隣接するセパレータには、冷却セパレータ２４０と向かい合う面にリブが設けられておらず、その面は平面である。図３に示すセパレータ２２０は、そのようなタイプのセパレータである。冷却セパレータ２４０の冷却水溝２４２と、冷却セパレータ２４０を両側から挟む各セパレータの平面と、によって、冷却水路が形成される。   As described above, the grooves 2101, 213 are provided on both sides of the separator 210 shared by the two adjacent power generation cells 200, respectively. However, the separator adjacent to the cooling separator 240 is not provided with a rib on the surface facing the cooling separator 240, and the surface is flat. The separator 220 shown in FIG. 3 is such a type of separator. A cooling water channel is formed by the cooling water groove 242 of the cooling separator 240 and the plane of each separator that sandwiches the cooling separator 240 from both sides.

セパレータ２１０、２２０には、その周辺部の２カ所に、円形断面の冷却水孔２５１、２５２が形成されている。この冷却水孔２５１、２５２は、発電セル２００を積層した際に、燃料電池スタック１１０を積層方向に貫通する冷却水路を形成する。冷却水孔２５１は冷却水を燃料電池スタック１１０に供給する配管１３７（図２参照）に接続されており、冷却水孔２５２は冷却水を燃料電池スタック１１０から排出する配管１３８に接続されている。   In the separators 210 and 220, cooling water holes 251 and 252 having a circular cross section are formed at two locations on the periphery thereof. The cooling water holes 251 and 252 form a cooling water channel that penetrates the fuel cell stack 110 in the stacking direction when the power generation cells 200 are stacked. The cooling water hole 251 is connected to a pipe 137 (see FIG. 2) for supplying cooling water to the fuel cell stack 110, and the cooling water hole 252 is connected to a pipe 138 for discharging the cooling water from the fuel cell stack 110. .

燃料電池の運転時には、酸素極２３６において水が生成される。また、配管１３５を通じて供給される空気はあらかじめ加湿器１４２で加湿され水蒸気を含んでいる。この水蒸気の一部が、液体の状態で酸素極２３６に付着することもある。これらの水は、電解質膜２３２を通じて水素極２３４側にも浸透する。これらの水が液体の状態で過剰に電解質膜２３２に付着していると、燃料ガスおよび酸化ガスの拡散が妨げられて、その発電セル２００の起電力が低下する。これを「フラッディング」という。   During operation of the fuel cell, water is generated at the oxygen electrode 236. The air supplied through the pipe 135 is previously humidified by the humidifier 142 and contains water vapor. A part of this water vapor may adhere to the oxygen electrode 236 in a liquid state. These waters also permeate the hydrogen electrode 234 side through the electrolyte membrane 232. If these waters are excessively attached to the electrolyte membrane 232 in a liquid state, the diffusion of the fuel gas and the oxidizing gas is hindered, and the electromotive force of the power generation cell 200 decreases. This is called “flooding”.

なお、水滴は、酸素極２３６の表面以外に、燃料電池スタック１１０内の酸化ガス流路２２２である酸化ガス孔２５５、溝部２２１，２１３および酸化ガス孔２５６の内壁に付着していることもある。また、電解質膜２３２を通じて水素極２３４側に浸透した水分による水滴が、水素極２３４、ならびに燃料電池スタック１１０内の燃料ガス流路２１２である燃料ガス孔２５３、溝部２１１および燃料ガス孔２５４の内壁に付着していることもある。各発電セルのフラッディング防止のため、これらの過剰な液体の水は、除去されることが望ましい。   In addition to the surface of the oxygen electrode 236, the water droplets may adhere to the inner walls of the oxidizing gas holes 255, the grooves 221 and 213, and the oxidizing gas holes 256 that are the oxidizing gas flow paths 222 in the fuel cell stack 110. . Further, water droplets due to moisture permeating the hydrogen electrode 234 side through the electrolyte membrane 232 are the inner walls of the hydrogen electrode 234, the fuel gas hole 253, which is the fuel gas channel 212 in the fuel cell stack 110, the groove portion 211 and the fuel gas hole 254. It may adhere to. It is desirable that these excess liquid water be removed to prevent flooding of each power generation cell.

Ａ−３．燃料電池システムの運転：
図４は、燃料電池システム２２の運転時の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２で、制御部４８は所定の設定に基づいて燃料電池システム２２を運転する。なお、各発電セル２００に電圧に異常低下が生じていない定常状態においては、燃料電池システム２２は、出力電力の上限Ｐｍａｘが第１の出力基準値Ｐｍａｘ１となるように運転される。任意の要求負荷に対して、燃料電池システム２２がＰｍａｘ１を超える電力を発電しない場合には、燃料電池システム２２の出力の上限値はＰｍａｘ１であると考えることができる。 A-3. Operation of the fuel cell system:
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure during operation of the fuel cell system 22. First, in step S2, the control unit 48 operates the fuel cell system 22 based on a predetermined setting. Note that, in a steady state where no abnormal drop in voltage occurs in each power generation cell 200, the fuel cell system 22 is operated such that the upper limit Pmax of the output power becomes the first output reference value Pmax1. When the fuel cell system 22 does not generate power exceeding Pmax1 for an arbitrary required load, it can be considered that the upper limit value of the output of the fuel cell system 22 is Pmax1.

次に、ステップＳ４では、制御部４８は、燃料電池スタック１１０の温度Ｔｆｃ、各発電セル２００の電圧Ｖｃｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数。Ｎは発電セルの個数）、そして、次の制御のサイクルにおける要求負荷Ｌｔを読み込む。具体的には、燃料電池スタック１１０の温度は温度センサ１４９から読み込まれ、各発電セル２００の電圧Ｖｃｉは、電圧計２０２から読み込まれる（図２参照）。要求負荷Ｌｔは、アクセル開度センサ５７等の入力値から制御部４８が計算する。   Next, in step S4, the control unit 48 controls the temperature Tfc of the fuel cell stack 110, the voltage Vci of each power generation cell 200 (i is an integer between 1 and N, N is the number of power generation cells), and the next control. The required load Lt in the cycle is read. Specifically, the temperature of the fuel cell stack 110 is read from the temperature sensor 149, and the voltage Vci of each power generation cell 200 is read from the voltmeter 202 (see FIG. 2). The required load Lt is calculated by the control unit 48 from the input value of the accelerator opening sensor 57 and the like.

ステップＳ６では、すべての発電セル２００の電圧Ｖｃｉが所定の基準値Ｖａ以上であるか否かが判定される。ステップＳ６の判定結果がＮｏである場合は、処理はステップＳ１０に進む。なお、ステップＳ６の判定結果がＮｏであるということは、いずれかの発電セル２００において、電圧の異常低下が生じているということである。   In step S6, it is determined whether or not the voltages Vci of all the power generation cells 200 are equal to or higher than a predetermined reference value Va. If the determination result of step S6 is No, the process proceeds to step S10. In addition, that the determination result of step S6 is No means that any one of the power generation cells 200 has an abnormal voltage drop.

ステップＳ６における基準値Ｖａは、要求負荷Ｌｔおよび燃料電池スタック１１０の温度Ｔｆｃに応じて定めることが好ましい。たとえば、燃料電池スタック１１０の温度がＴｆｃであって、要求負荷がＬｔであるときに、燃料電池システム２２について最適な運転を行った場合には、各発電セル２００の電圧ＶｃｉがＶｃ０になるとする。この場合には、燃料電池スタック１１０の温度がＴｆｃであって要求負荷がＬｔであるときの電圧の基準値Ｖａは、たとえば、Ｖｃ０の７５％の値とすることができる。   The reference value Va in step S6 is preferably determined according to the required load Lt and the temperature Tfc of the fuel cell stack 110. For example, when the temperature of the fuel cell stack 110 is Tfc and the required load is Lt, and the fuel cell system 22 is optimally operated, the voltage Vci of each power generation cell 200 becomes Vc0. . In this case, the voltage reference value Va when the temperature of the fuel cell stack 110 is Tfc and the required load is Lt can be, for example, a value of 75% of Vc0.

すなわち、燃料電池スタック１１０の温度がＴｆｃであって要求負荷がＬｔであるときには、ある発電セル２００の電圧が、最適運転時の発電電圧Ｖｃ０の７５％を下回る電圧となった場合には、その発電セル２００は「電圧の異常低下」を起こしていると判断できる。   That is, when the temperature of the fuel cell stack 110 is Tfc and the required load is Lt, when the voltage of a certain power generation cell 200 is less than 75% of the power generation voltage Vc0 during the optimum operation, It can be determined that the power generation cell 200 has caused the “abnormal voltage drop”.

ステップＳ１０では、発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬの長さについての判定がなされる。ｔＬが０より大きくｔ２より短いときには、処理はそのままステップＳ２に戻る（図４中のＩ参照）。たとえば、ｔ２は０．５秒とすることができる。   In step S10, a determination is made regarding the length of time tL during which the voltage drop has occurred in the power generation cell 200. When tL is larger than 0 and shorter than t2, the process returns to step S2 as it is (see I in FIG. 4). For example, t2 can be 0.5 seconds.

ステップＳ１０において、発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬの長さが、ｔ２以上でｔ３より短いときには、処理はステップＳ１２に進む（図４中のＩＩ参照）。ステップＳ１２では、発電セル２００の電圧低下を解消し、発電性能を改善する回復処理が開始される。なお、ｔ３は、たとえば１．０秒とすることができる。   In step S10, when the length of time tL during which the voltage drop has occurred in power generation cell 200 is greater than t2 and shorter than t3, the process proceeds to step S12 (see II in FIG. 4). In step S12, the recovery process for eliminating the voltage drop of the power generation cell 200 and improving the power generation performance is started. Note that t3 can be set to, for example, 1.0 second.

ステップＳ１２では、まず第１に、燃料電池スタック１１０に送り込む水素ガスの量および空気の量を補正する。具体的には、水素ポンプ１４５による水素ガスの供給圧力を上げることによって、水素ガスの量を増やす。また、コンプレッサ１４１による空気の供給圧力を上げることによって、空気の量を増やす。これにより、電解質膜２３２に付着した液体の水が吹き飛ばされ、アノードオフガスの還流配管１３３またはカソードオフガスの配管１３６に排出される。その結果、発電セル２００のフラッディングによる電圧低下が低減され、発電セル２００の発電性能が改善される。なお、増加させる水素ガスの量および空気の量は、制御部４８が燃料電池スタック１１０の温度Ｔｆｃおよび要求負荷Ｌｔに基づいて決定する。   In step S12, first, the amount of hydrogen gas and the amount of air sent to the fuel cell stack 110 are corrected. Specifically, the amount of hydrogen gas is increased by increasing the supply pressure of hydrogen gas by the hydrogen pump 145. Further, the amount of air is increased by increasing the air supply pressure by the compressor 141. As a result, the liquid water adhering to the electrolyte membrane 232 is blown off and discharged to the anode off-gas recirculation pipe 133 or the cathode off-gas pipe 136. As a result, the voltage drop due to flooding of the power generation cell 200 is reduced, and the power generation performance of the power generation cell 200 is improved. The amount of hydrogen gas and the amount of air to be increased are determined by the control unit 48 based on the temperature Tfc of the fuel cell stack 110 and the required load Lt.

また、ステップＳ１２では、排出管１３４に設けられた排出バルブ１２６を開く時間間隔および開いている時間を補正する。具体的には、排出バルブ１２６を開く時間間隔を短くし、開いている時間を長くする。これにより、水素供給配管１３２、発電セル２００および環流配管１３３からなる循環経路から、水分を多く含んだアノードオフガスが排出される。そして、新規の水素ガスを水素タンク１２０から供給する。その結果、水素ガスの循環経路を循環するガスの平均の湿度が低くなり、水素ガスの循環によって発電セル２００からより多くの水分が奪われる。そして、発電セル２００の電圧低下が低減され、発電セル２００の発電性能が改善される。   In step S12, the time interval for opening the discharge valve 126 provided in the discharge pipe 134 and the opening time are corrected. Specifically, the time interval for opening the discharge valve 126 is shortened, and the opening time is lengthened. As a result, the anode off-gas containing a large amount of water is discharged from the circulation path including the hydrogen supply pipe 132, the power generation cell 200, and the circulation pipe 133. Then, new hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 120. As a result, the average humidity of the gas circulating in the hydrogen gas circulation path is lowered, and more water is taken from the power generation cell 200 by the circulation of the hydrogen gas. And the voltage drop of the power generation cell 200 is reduced, and the power generation performance of the power generation cell 200 is improved.

また、排出バルブ１２６の開閉によって水素供給配管１３２、発電セル２００および環流配管１３３を循環するガスの経路内に圧力および流速の脈動が生じ、その脈動によって電解質膜２３２に付着した液体の水が吹き飛ばされ、アノードオフガスの還流配管１３３に排出される。その結果、発電セル２００の電圧低下が低減され、発電セル２００の発電性能が改善される。ステップＳ１２の後、処理はステップＳ２に戻る。   In addition, the opening and closing of the discharge valve 126 causes pulsation of pressure and flow velocity in the gas path circulating through the hydrogen supply pipe 132, the power generation cell 200, and the reflux pipe 133, and liquid water attached to the electrolyte membrane 232 is blown away by the pulsation. And discharged to the anode off-gas recirculation pipe 133. As a result, the voltage drop of the power generation cell 200 is reduced, and the power generation performance of the power generation cell 200 is improved. After step S12, the process returns to step S2.

このように、第１実施例では、ある発電セル２００の電圧が所定の時間（ｔ２〜ｔ３）だけ低下した場合にも、すぐに燃料電池システム２２の運転を停止するのではなく、発電セル２００の電圧低下を解消するための処理を実施しつつ、燃料電池システム２２の運転を続行する。このため、発電セル２００に電圧の異常低下が生じても、その後、ドライバーは安全な場所、または連絡が容易な場所まで移動することができる。また、運転を続けて、その間に発電セル２００の状態が回復するのを待つことができる。   As described above, in the first embodiment, even when the voltage of a certain power generation cell 200 decreases for a predetermined time (t2 to t3), the operation of the fuel cell system 22 is not stopped immediately, but the power generation cell 200 is stopped. The operation of the fuel cell system 22 is continued while performing the process for eliminating the voltage drop. For this reason, even if an abnormal drop in voltage occurs in the power generation cell 200, the driver can then move to a safe place or a place where contact is easy. Further, the operation can be continued, and it can wait for the state of the power generation cell 200 to recover during that time.

なお、ステップＳ１２の各回復処理は、制御部４８が、エアコンプレッサ１４１、水素ポンプ１４５および排出バルブ１２６を制御して実現する。この回復処理を実現する制御部４８の機能部を、回復制御部６４として図２に示す。エアコンプレッサ１４１、水素ポンプ１４５および排出バルブ１２６が特許請求の範囲にいう「回復部」に相当する。   In addition, each recovery process of step S12 is implement | achieved by the control part 48 controlling the air compressor 141, the hydrogen pump 145, and the exhaust valve 126. FIG. A functional unit of the control unit 48 that realizes this recovery processing is shown as a recovery control unit 64 in FIG. The air compressor 141, the hydrogen pump 145, and the discharge valve 126 correspond to a “recovery unit” in the claims.

また、ステップＳ１０において、発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬの長さが、ｔ３以上でｔ４より短いときには、処理はステップＳ１４に進む（図４中のＩＩＩ参照）。なお、ｔ４は、たとえば２．０秒とすることができる。   In step S10, when the length of time tL during which the voltage drop occurred in the power generation cell 200 is greater than or equal to t3 and shorter than t4, the process proceeds to step S14 (see III in FIG. 4). Note that t4 can be set to 2.0 seconds, for example.

ステップＳ１４では、燃料電池システム２２の出力電力の上限値Ｐｍａｘを第２の出力基準値Ｐｍａｘ２とする。第２の出力基準値Ｐｍａｘ２は、第１の出力基準値Ｐｍａｘ１よりも低い値である。ステップＳ１４の後、処理はステップＳ２に戻る。   In step S14, the upper limit value Pmax of the output power of the fuel cell system 22 is set as the second output reference value Pmax2. The second output reference value Pmax2 is a value lower than the first output reference value Pmax1. After step S14, the process returns to step S2.

燃料電池システム２２の出力電力の上限値が第１の出力基準値Ｐｍａｘ１よりも低いＰｍａｘ２であるかどうかは、以下のようにして確かめることができる。すなわち、燃料電池システム２２の出力の上限値ＰｍａｘがＰｍａｘ１であるときには、出力Ｐｆｃ１（Ｐｍａｘ２＜Ｐｆｃ１＜Ｐｍａｘ１）で運転されるような要求負荷Ｐｒ０に対して、他の条件が同じであるときに、燃料電池システム２２が出力Ｐｍａｘ２で運転される場合には、その燃料電池システム２２の出力の上限値はＰｍａｘ２であると考えることができる。   Whether or not the upper limit value of the output power of the fuel cell system 22 is Pmax2 lower than the first output reference value Pmax1 can be confirmed as follows. That is, when the upper limit value Pmax of the output of the fuel cell system 22 is Pmax1, when other conditions are the same for the required load Pr0 that is operated at the output Pfc1 (Pmax2 <Pfc1 <Pmax1), When the fuel cell system 22 is operated at the output Pmax2, it can be considered that the upper limit value of the output of the fuel cell system 22 is Pmax2.

第１実施例では、電圧低下を解消するための処理を所定の時間だけ実施しても（ステップＳ１２参照）、発電セル２００の電圧低下が解消しない場合にも、すぐに燃料電池システム２２の運転を停止するのではなく、出力を下げて燃料電池システム２２の運転を続行する。このため、発電セル２００の電圧の異常低下が解消しない場合にも、ドライバーは安全な場所、または連絡が容易な場所まで移動することができる。また、低出力の運転を続けて、その間に発電セル２００の状態が回復するのを待つこともできる。一方、燃料電池の出力は低く押さえられているため、そのまま発電セル２００の電圧が低下しつづけて、電解質膜が損傷してしまう可能性は低い。   In the first embodiment, even if the process for eliminating the voltage drop is performed for a predetermined time (see step S12), even if the voltage drop of the power generation cell 200 is not eliminated, the operation of the fuel cell system 22 is immediately performed. The operation of the fuel cell system 22 is continued by lowering the output. For this reason, even when the abnormal drop in the voltage of the power generation cell 200 is not eliminated, the driver can move to a safe place or a place where contact is easy. It is also possible to continue the low output operation and wait for the state of the power generation cell 200 to recover during that time. On the other hand, since the output of the fuel cell is kept low, it is unlikely that the voltage of the power generation cell 200 will continue to decrease and the electrolyte membrane will be damaged.

ステップＳ１０において、発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬの長さが、ｔ４以上でｔ１より短いときには、処理はステップＳ１６に進む（図４中のＩＶ参照）。なお、ｔ１は、たとえば３．０秒とすることができる。   In step S10, when the length of time tL during which the voltage drop has occurred in the power generation cell 200 is greater than t4 and shorter than t1, the process proceeds to step S16 (see IV in FIG. 4). Note that t1 can be set to 3.0 seconds, for example.

ステップＳ１６では、燃料電池システム２２の出力電力の上限値Ｐｍａｘを第３の出力基準値Ｐｍａｘ３とする。第３の出力基準値Ｐｍａｘ３は、第２の出力基準値Ｐｍａｘ２よりも低い値である。ステップＳ１６の後、処理はステップＳ２に戻る。なお、燃料電値システム２２の出力の上限値がＰｍａｘ３であるか否かは、出力の上限値がＰｍａｘ２である場合と同様にして確かめることができる。   In step S16, the upper limit value Pmax of the output power of the fuel cell system 22 is set as the third output reference value Pmax3. The third output reference value Pmax3 is a value lower than the second output reference value Pmax2. After step S16, the process returns to step S2. Note that whether or not the upper limit value of the output of the fuel electricity system 22 is Pmax3 can be confirmed in the same manner as when the upper limit value of the output is Pmax2.

このように、第１実施例では、発電セル２００の電圧低下を解消するための処理を実施しつつ（ステップＳ１２参照）、出力を下げて所定の時間だけ燃料電池システム２２の運転を続行しても、発電セル２００の電圧低下が解消しない場合にも、すぐに燃料電池システム２２の運転を停止しない。よって、ユーザは、発電セル２００に電圧の異常低下が生じた後も、さらに遠くまで移動することができる。また、それまでよりもさらに出力が低い運転を続けるため、電解質膜が損傷してしまう可能性は低い。   As described above, in the first embodiment, while the process for eliminating the voltage drop of the power generation cell 200 is performed (see step S12), the output is lowered and the operation of the fuel cell system 22 is continued for a predetermined time. Even if the voltage drop of the power generation cell 200 is not eliminated, the operation of the fuel cell system 22 is not immediately stopped. Therefore, the user can move further after the abnormal drop in voltage occurs in the power generation cell 200. In addition, since the operation with a lower output than before is continued, the possibility that the electrolyte membrane is damaged is low.

ステップＳ１０において、発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬの長さが、ｔ１より長いときには、処理はステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、燃料電池システム２２の運転を停止する。そして、処理を終了する。燃料電池システム２２の運転が停止されると、電気自動車１０は、その後は、２次電池２６に蓄えられたエネルギーの分だけしか移動することができない。   In step S10, when the length of time tL during which the voltage drop has occurred in power generation cell 200 is longer than t1, the process proceeds to step S18. In step S18, the operation of the fuel cell system 22 is stopped. Then, the process ends. When the operation of the fuel cell system 22 is stopped, the electric vehicle 10 can move only by the amount of energy stored in the secondary battery 26 thereafter.

一方、ステップＳ６の判定結果がＹｅｓとなる場合は、処理はステップＳ８に進む。なお、ステップＳ６の判定結果がＹｅｓであるということは、すべての発電セル２００において、電圧の異常低下が生じていないということである。   On the other hand, when the determination result of step S6 is Yes, the process proceeds to step S8. In addition, that the determination result of step S6 is Yes means that no abnormal voltage drop has occurred in all the power generation cells 200.

ステップＳ８では、発電セル２００の電圧低下に応じて実施された各処理が終了される。すなわち、ステップＳ８では、燃料電池システム２２を運転する際の出力制限の上限値Ｐｍａｘが、第１の出力基準値Ｐｍａｘ１とされる。また、発電セル２００に電圧低下が生じている間カウントされいた時間ｔＬがクリアされる。そして、発電セル２００の電圧低下を解消するために実施されていた水素ガス、空気の流量の補正、および排出バルブ１２６の開閉時間の補正（ステップＳ１２参照）が、終了される。   In step S8, each process performed according to the voltage drop of the power generation cell 200 is terminated. That is, in step S8, the upper limit value Pmax of the output restriction when operating the fuel cell system 22 is set as the first output reference value Pmax1. Further, the time tL counted while the voltage drop is occurring in the power generation cell 200 is cleared. Then, the correction of the hydrogen gas and air flow and the correction of the opening / closing time of the discharge valve 126 (see step S12), which have been performed to eliminate the voltage drop of the power generation cell 200, are terminated.

Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例の燃料電池システム２２の運転時の手順を示すフローチャートである。第２実施例の運転手順では、第１実施例におけるステップＳ８に相当する処理が第１実施例とは異なり、さらにステップＳ６とステップＳ１０の間に所定のステップＳ４０が存在する点で第１実施例とは異なる。他の点は、第１実施例の処理と同じである。 B. Second embodiment:
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure during operation of the fuel cell system 22 of the second embodiment. In the operation procedure of the second embodiment, the process corresponding to step S8 in the first embodiment is different from that in the first embodiment, and the first embodiment is further provided in that a predetermined step S40 exists between steps S6 and S10. Different from the example. The other points are the same as the processing of the first embodiment.

第２実施例の処理においては、ステップＳ６の判定結果がＹｅｓである場合は、処理はステップＳ３２に進む。なお、ステップＳ６の判定結果がＹｅｓであるということは、すべての発電セル２００において、電圧の値が正常であるということである。   In the process of the second embodiment, when the determination result of step S6 is Yes, the process proceeds to step S32. In addition, that the determination result of step S6 is Yes is that the voltage value is normal in all the power generation cells 200.

ステップＳ３２では、電圧の異常低下を起こしている発電セル２００が存在した時間ｔＬをクリアする。これにより、次にステップＳ６の判定結果がＮｏとなったときには、時間ｔＬは、また０からカウントを開始される。   In step S32, the time tL during which the power generation cell 200 causing the abnormal voltage drop is cleared. Thereby, when the determination result in step S6 is No, the time tL starts counting from 0 again.

ステップＳ３４では、すべての発電セル２００において電圧の値が正常な状態にあった時間ｔＨの長さについての判定がなされる。ｔＨが０より大きくｔ５より短いときには、処理はそのままステップＳ２に戻る（図５中のＶＩ参照）。すなわち、それまで燃料電池の出力の上限値Ｐｍａｘが第１の出力基準値Ｐｍａｘ１であった場合には、出力の上限値Ｐｍａｘはその値に維持される。また、それまで燃料電池の出力の上限値Ｐｍａｘが第２の出力基準値Ｐｍａｘ２または第３の出力基準値Ｐｍａｘ３とされていた場合には、出力の上限値Ｐｍａｘはその値に維持される。また、発電セル２００の電圧低下に応じて各処理が実施されていた場合には（図４のステップＳ１２参照）、各処理はそのまま継続される。なお、ｔ５は、たとえば１．０秒とすることができる。   In step S34, a determination is made as to the length of time tH when the voltage value is normal in all power generation cells 200. When tH is larger than 0 and shorter than t5, the process returns to step S2 as it is (see VI in FIG. 5). That is, when the upper limit value Pmax of the output of the fuel cell has been the first output reference value Pmax1, the upper limit value Pmax of the output is maintained at that value. If the upper limit value Pmax of the output of the fuel cell has been set to the second output reference value Pmax2 or the third output reference value Pmax3, the output upper limit value Pmax is maintained at that value. Moreover, when each process is implemented according to the voltage drop of the electric power generation cell 200 (refer step S12 of FIG. 4), each process is continued as it is. Note that t5 can be set to, for example, 1.0 second.

このように、第２実施例では、発電セル２００の電圧が所定の時間（０より大きくｔ５未満）だけ正常値に復帰した場合にも、すぐに燃料電池システム２２の運転を定常状態の運転に戻す（図４のステップＳ８参照）のではなく、所定の時間だけ定常状態よりも出力の上限値が低い状態で燃料電池システム２２の運転を行う（ステップＳ３４参照）。このため、発電セル２００の電圧回復後、すぐに燃料電池システム２２が高出力で運転されて、短時間で再び発電セル２００の電圧低下を招くことことがない。よって、燃料電池システム２２の出力の上限値が、頻繁に変動して、燃料電池システム２２の運転が不安定となることがない。   As described above, in the second embodiment, even when the voltage of the power generation cell 200 returns to a normal value for a predetermined time (greater than 0 and less than t5), the operation of the fuel cell system 22 is immediately changed to a steady state operation. Instead of returning (see step S8 in FIG. 4), the fuel cell system 22 is operated in a state where the upper limit value of the output is lower than the steady state for a predetermined time (see step S34). Therefore, immediately after the voltage of the power generation cell 200 is recovered, the fuel cell system 22 is not operated at a high output and the voltage of the power generation cell 200 is not lowered again in a short time. Therefore, the upper limit value of the output of the fuel cell system 22 does not fluctuate frequently and the operation of the fuel cell system 22 does not become unstable.

ステップＳ３４において、すべての発電セル２００において電圧の値が正常な状態にあった時間ｔＨの長さが、ｔ５以上でｔ６より短いときには、処理はステップＳ３６に進む（図５中のＶＩＩ参照）。なお、ｔ６は、たとえば２．０秒とすることができる。   In step S34, when the length of time tH during which the voltage value is normal in all the power generation cells 200 is greater than t5 and shorter than t6, the process proceeds to step S36 (see VII in FIG. 5). Note that t6 can be set to 2.0 seconds, for example.

ステップＳ３６では、燃料電池システム２２の出力の上限値Ｐｍａｘを第４の出力基準値Ｐｍａｘ４とする。第４の出力基準値Ｐｍａｘ４は、第１の出力基準値Ｐｍａｘ１よりも低い値である。ステップＳ３６の後、処理はステップＳ２に戻る。   In step S36, the upper limit value Pmax of the output of the fuel cell system 22 is set as a fourth output reference value Pmax4. The fourth output reference value Pmax4 is a value lower than the first output reference value Pmax1. After step S36, the process returns to step S2.

このように、第２実施例では、発電セル２００の電圧が所定の時間（ｔ５以上ｔ６未満）だけ正常値に復帰した場合にも、所定の時間だけ定常状態よりも出力の上限値が低い状態で燃料電池システム２２の運転を行う。ただし、燃料電池システム２２の出力電力の上限値は、それまでよりも上げられる（ステップＳ３６参照）。このため、燃料電池システム２２の安定性を確保しつつ、運転者が、より定常状態に近い出力で電気自動車を運転することを可能としている。   Thus, in the second embodiment, even when the voltage of the power generation cell 200 returns to the normal value for a predetermined time (t5 or more and less than t6), the output upper limit value is lower than the steady state for a predetermined time. Then, the fuel cell system 22 is operated. However, the upper limit value of the output power of the fuel cell system 22 is increased more than before (see step S36). For this reason, it is possible for the driver to drive the electric vehicle with an output closer to a steady state while ensuring the stability of the fuel cell system 22.

ステップＳ３４において、すべての発電セル２００において電圧の値が正常な状態にあった時間ｔＨの長さが、ｔ６以上であるときには、処理はステップＳ３８に進む（図５中のＶＩＩＩ参照）。ステップＳ３８では、燃料電池システム２２の出力の上限値Ｐｍａｘを第１の出力基準値Ｐｍａｘ１とする。第１の出力基準値Ｐｍａｘ１は、発電セル２００に電圧に異常低下が生じていない定常状態における出力の上限値である。また、ステップＳ３６では、発電セル２００の電圧低下に応じて実施された各処理（図４のステップＳ１２参照）が終了される。ステップＳ３８の後、処理はステップＳ２に戻る。   In step S34, when the length of time tH in which the voltage value is normal in all the power generation cells 200 is t6 or more, the process proceeds to step S38 (see VIII in FIG. 5). In step S38, the upper limit value Pmax of the output of the fuel cell system 22 is set as the first output reference value Pmax1. The first output reference value Pmax1 is an upper limit value of the output in a steady state where no abnormal drop in voltage occurs in the power generation cell 200. Moreover, in step S36, each process (refer step S12 of FIG. 4) implemented according to the voltage drop of the electric power generation cell 200 is complete | finished. After step S38, the process returns to step S2.

このように、第２実施例では、発電セル２００の電圧が所定の時間（ｔ６以上）だけ正常値に復帰した場合に、燃料電池システム２２の運転を定常状態の運転に戻す。よって、発電セル２００の電圧が低下した場合には、所定の処理を行って（図４のステップＳ１２，Ｓ１４およびＳ１６参照）発電セル２００の電圧を回復させ、発電セル２００の状態が回復し所定の安定状態に達したことが確認できた後、通常の運転（Ｐｍａｘ＝Ｐｍａｘ１）を再び実行することができる。   Thus, in the second embodiment, when the voltage of the power generation cell 200 returns to the normal value for a predetermined time (t6 or more), the operation of the fuel cell system 22 is returned to the steady state operation. Therefore, when the voltage of the power generation cell 200 decreases, a predetermined process is performed (see steps S12, S14, and S16 in FIG. 4) to recover the voltage of the power generation cell 200, and the state of the power generation cell 200 recovers to a predetermined level. After confirming that the stable state has been reached, normal operation (Pmax = Pmax1) can be performed again.

一方、ステップＳ６において、判定結果がＮｏとなる場合は、処理はステップＳ４０に進む。なお、ステップＳ６の判定結果がＮｏであるということは、いずれかの発電セル２００において電圧の異常低下が起こっているということである。   On the other hand, if the determination result is No in step S6, the process proceeds to step S40. In addition, that the determination result of step S6 is No means that an abnormal voltage drop has occurred in any of the power generation cells 200.

ステップＳ４０では、すべての発電セル２００において電圧の値が正常であった時間ｔＨをクリアする。これにより、次にステップＳ６の判定結果がＹｅｓとなったときには、時間ｔＨは、また０からカウントを開始される。ステップＳ４０の後、処理はステップＳ１０に進む。以降の処理は、第１実施例と同様である。   In step S40, the time tH when the voltage value is normal in all the power generation cells 200 is cleared. Thereby, when the determination result in step S6 becomes Yes next, the time tH starts counting from 0 again. After step S40, the process proceeds to step S10. The subsequent processing is the same as in the first embodiment.

Ｃ．第３実施例：
第１実施例では、発電セル２００の電圧Ｖｃｉに関する同一の基準値Ｖａに基づいて、回復処理を行うか否かの判断と、燃料電池システム２２の出力電力の上限値Ｐｍａｘを変更するか否かの判断が行われていた（図４のステップＳ６およびＳ１０参照）。しかし、第３実施例では、回復処理を行うか否かの判断と、燃料電池システム２２の出力電力の上限値Ｐｍａｘを変更するか否かの判断とは、発電セル２００の電圧Ｖｃｉに関する異なる基準値Ｖａ、Ｖｂに基づいてなされる。第３実施例の電気自動車１０のハードウェア構成は第１実施例と同じである。 C. Third embodiment:
In the first embodiment, based on the same reference value Va regarding the voltage Vci of the power generation cell 200, it is determined whether or not the recovery process is performed, and whether or not the upper limit value Pmax of the output power of the fuel cell system 22 is changed. (See steps S6 and S10 in FIG. 4). However, in the third embodiment, the determination as to whether or not to perform the recovery process and the determination as to whether or not to change the upper limit value Pmax of the output power of the fuel cell system 22 are different standards relating to the voltage Vci of the power generation cell 200. This is done based on the values Va and Vb. The hardware configuration of the electric vehicle 10 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment.

図６は、第３実施例の燃料電池システム２２の運転時の手順を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、第１実施例の図４のフローチャートとほぼ同様であるが、ステップＳ４とステップＳ６の間にステップＳ５２，Ｓ５４を有している点で異なっている。また、ステップＳ１０における処理の分岐が第１実施例とは異なる。他の点については、図６のフローチャートは、第１実施例の図４のフローチャートと同じである。以下では、第３実施例における処理手順を、第１実施例における処理手順との相違点を中心に説明する。   FIG. 6 is a flowchart showing a procedure during operation of the fuel cell system 22 of the third embodiment. The flowchart of FIG. 6 is substantially the same as the flowchart of FIG. 4 of the first embodiment, but differs in that steps S52 and S54 are provided between steps S4 and S6. Further, the processing branch in step S10 is different from that of the first embodiment. In other respects, the flowchart of FIG. 6 is the same as the flowchart of FIG. 4 of the first embodiment. In the following, the processing procedure in the third embodiment will be described focusing on differences from the processing procedure in the first embodiment.

第３実施例では、ステップＳ４においてセル電圧Ｖｃｉを読み込んだ後、ステップＳ５２で、そのセル電圧Ｖｃｉが、所定の基準値Ｖｂ以上であるか否かが判定される。この基準値Ｖｂは、基準値Ｖａよりも高い値である。基準値Ｖｂは、基準値Ｖａと同様に、様々な要素に基づいて定めることができる。ステップＳ５２の判定結果がＹｅｓである場合は、処理はステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ５２の判定結果がＮｏである場合は、処理はステップＳ５４に進む。   In the third embodiment, after reading the cell voltage Vci in step S4, it is determined in step S52 whether or not the cell voltage Vci is equal to or higher than a predetermined reference value Vb. This reference value Vb is higher than the reference value Va. Similar to the reference value Va, the reference value Vb can be determined based on various factors. If the determination result of step S52 is Yes, the process returns to step S2. On the other hand, when the determination result of step S52 is No, the process proceeds to step S54.

ステップＳ５４では、発電セル２００の発電性能を改善する回復処理が開始される。ステップＳ５４の処理は、第１実施例のステップＳ１２の処理と同じである。このような態様とすることで、発電セル２００の電圧がＶｂ未満に低下したことを検知した直後に回復処理を開始することができる。   In step S54, a recovery process for improving the power generation performance of the power generation cell 200 is started. The process of step S54 is the same as the process of step S12 of the first embodiment. By setting it as such an aspect, a recovery process can be started immediately after detecting that the voltage of the electric power generation cell 200 fell to less than Vb.

また、第３実施例では、低出力運転を開始するか否かの判断の基準である基準値Ｖａを、回復処理を行うか否かの判断の基準である基準値Ｖｂよりも低い値としている。このため、回復処理を開始してもさらに発電セルの電圧が低下する場合に、出力の上限値を下げて燃料電池ユニットの運転を継続することができる。このような態様は、回復処理の開始後、その効果が現れるまでに所定の時間が必要とされる場合に、特に有効である。   In the third embodiment, the reference value Va that is a criterion for determining whether or not to start the low output operation is set to a value lower than the reference value Vb that is a criterion for determining whether or not to perform the recovery process. . For this reason, when the voltage of the power generation cell further decreases even after the recovery process is started, the upper limit value of the output can be lowered and the operation of the fuel cell unit can be continued. Such an embodiment is particularly effective when a predetermined time is required until the effect appears after the start of the recovery process.

また、第３実施例では、発電セルの電圧が基準値Ｖｂよりも低くなった後、回復処理（ステップＳ５４）を行うことによって、電圧の低下が低減され、その結果、引き続いて発電セルの電圧が低下して基準値Ｖａを下回ってしまうという事態を回避できた場合には（ステップＳ６においてＹｅｓとなった場合）、処理はステップＳ８を経由してステップＳ２に戻る。このため、そのような場合には、燃料電池ユニットの出力の上限値を下げることなく、すなわち、電気自動車１０のドライバビリティを低下させることなく、燃料電池ユニットの運転を継続することができる。   In the third embodiment, after the voltage of the power generation cell becomes lower than the reference value Vb, the recovery process (step S54) is performed to reduce the voltage drop. As a result, the voltage of the power generation cell continues. If the situation where the value decreases and falls below the reference value Va can be avoided (if Yes in step S6), the process returns to step S2 via step S8. Therefore, in such a case, the operation of the fuel cell unit can be continued without lowering the upper limit value of the output of the fuel cell unit, that is, without reducing the drivability of the electric vehicle 10.

そして、第３実施例では、発電セル２００の電圧が回復し、上昇に向かった場合にも、低出力の運転を開始する基準電圧Ｖａ（ステップＳ６参照）よりも高い基準電圧Ｖｂに回復するまで、回復処理が続行される。このため、回復処理によって、低出力運転（ステップＳ１４およびＳ１６参照）を行う必要がない状態にまで、発電セル２００の状態を回復させることができる。   In the third embodiment, even when the voltage of the power generation cell 200 recovers and goes up, until the voltage recovers to the reference voltage Vb higher than the reference voltage Va (see step S6) for starting the low output operation. Recovery processing continues. For this reason, the state of the power generation cell 200 can be recovered to a state where it is not necessary to perform the low output operation (see steps S14 and S16) by the recovery process.

ステップＳ５４の後、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６の処理は、第１実施例と同じである。その後、処理はステップＳ１０に進む。   After step S54, the process proceeds to step S6. The process in step S6 is the same as that in the first embodiment. Thereafter, the process proceeds to step S10.

ステップＳ１０では、第１実施例と同様に、発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬの長さについての判断がなされる。発電セル２００に電圧低下が生じていた時間ｔＬがｔ４より短いときには、処理はステップＳ１４に進む（図６中のＩＩＩ’参照）。また、ステップＳ１０の判断結果に基づいて、回復処理が行われることはない（図４のステップＳ１２参照）。他の点は、第１実施例のステップＳ１０の判断および処理の分岐と同じである。ＩＩＩ’（０≦ｔＬ＜ｔ４）の条件下でステップＳ１４の低出力運転を行う態様とすることで、発電セル２００の電圧がＶａ未満に低下したことを検知した直後に、燃料電池システム２２の出力電力の上限値Ｐｍａｘを下げることができる。   In step S10, as in the first embodiment, a determination is made as to the length of time tL during which the voltage drop has occurred in the power generation cell 200. When the time tL during which the voltage drop has occurred in the power generation cell 200 is shorter than t4, the process proceeds to step S14 (see III 'in FIG. 6). Further, the recovery process is not performed based on the determination result in step S10 (see step S12 in FIG. 4). The other points are the same as the determination in step S10 and the processing branch of the first embodiment. Immediately after detecting that the voltage of the power generation cell 200 has decreased to less than Va by performing the low output operation of step S14 under the condition of III ′ (0 ≦ tL <t4), the fuel cell system 22 The upper limit value Pmax of output power can be lowered.

Ｄ．変形例：
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 D. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

（１）第１実施例では、電圧が低下した場合に実施する各種の処理（図４のステップＳ１２，１４および１６参照）を終了するか否かの判断基準となる電圧は、それらの処理を開始するか否かの判断基準となる電圧と同じであった（ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ１０およびＳ１２参照）。また、第２実施例においても、電圧が低下した場合に実施する各種の処理を終了するか否かの判断基準となる電圧は、それらの処理を開始するか否かの判断基準となる電圧と同じであった（ステップＳ６およびＳ３８参照）。しかし、電圧が低下した場合に実施する各種の処理を終了するか否かの判断基準となる電圧は、それらの処理を開始するか否かの判断基準となる電圧と同じでなくてもよい。 (1) In the first embodiment, the voltage that is a criterion for determining whether or not to end various processes (see Steps S12, S14, and S16 in FIG. 4) that are performed when the voltage is reduced is determined based on these processes. It was the same as the voltage used as a criterion for determining whether or not to start (see steps S6, S8, S10, and S12). Also in the second embodiment, the voltage that is a criterion for determining whether or not to end various processes performed when the voltage drops is the voltage that is a criterion for determining whether or not to start these processes. It was the same (see steps S6 and S38). However, the voltage that is a criterion for determining whether or not to end various processes performed when the voltage is reduced may not be the same as the voltage that is a criterion for determining whether or not to start these processes.

たとえば、電圧が低下した場合に実施する各種の処理を終了するか否かの判断基準となる電圧を、それらの処理を開始する際の判断基準となる電圧よりも高い値に設定することができる。そのような態様とすれば、いったん電圧が低下した発電セルの運転状態が、各処理を開始したときよりもより最適な運転状態に近づくまで待ってから、通常の運転を再開するようにすることができる。その結果、安定して燃料電池システムを運転することができる。   For example, it is possible to set a voltage that is a criterion for determining whether or not to end various processes performed when the voltage is lowered to a value that is higher than a voltage that is a criterion for starting those processes. . In such a mode, the normal operation is resumed after waiting until the operation state of the power generation cell whose voltage has once decreased approaches a more optimal operation state than when each process is started. Can do. As a result, the fuel cell system can be stably operated.

（２）上記実施例ではｔ１〜ｔ６についてそれぞれ具体的な数値を示した。しかし、それらは一例に過ぎず、判断基準となる時間は任意の値をとることができる。ただし、燃料電池システムを停止させる判断基準となる時間ｔ１は、５秒以下であることが好ましく、３秒以下であることがさらに好ましい（図４のステップＳ１０およびＳ１８参照）。 (2) In the above embodiment, specific numerical values are shown for t1 to t6. However, these are only examples, and the time used as a criterion can take any value. However, the time t1, which is a criterion for stopping the fuel cell system, is preferably 5 seconds or less, and more preferably 3 seconds or less (see steps S10 and S18 in FIG. 4).

（３）上記各実施例では、燃料電池システム２２は冷却水の配管１３８に温度センサ１４９を備えており、燃料電池スタック１１０の温度Ｔｆｃとして、冷却水の温度を測定していた。しかし、燃料電池システム２２は、燃料電池スタック１１０内部の温度を直接計測できる温度センサを備える態様としてもよい。すなわち、燃料電池システム２２は燃料電池スタック１１０の温度を推定するための根拠となる計測値を得ることができるセンサを備えていればよい。 (3) In each of the above embodiments, the fuel cell system 22 includes the temperature sensor 149 in the cooling water pipe 138 and measures the temperature of the cooling water as the temperature Tfc of the fuel cell stack 110. However, the fuel cell system 22 may include a temperature sensor that can directly measure the temperature inside the fuel cell stack 110. That is, the fuel cell system 22 only needs to include a sensor that can obtain a measurement value that is a basis for estimating the temperature of the fuel cell stack 110.

（４）発電セル２００の電圧の基準値Ｖａは、要求負荷Ｌｔおよび燃料電池スタック１１０の温度Ｔｆｃに応じて定めるほか、他のパラメータを考慮して定めてもよい。たとえば、外気温や水素タンク１２０中の水素ガスの濃度に応じて、発電セル２００の電圧の基準値Ｖａを定めてもよい。 (4) The reference value Va of the voltage of the power generation cell 200 may be determined in consideration of other parameters in addition to the required load Lt and the temperature Tfc of the fuel cell stack 110. For example, the voltage reference value Va of the power generation cell 200 may be determined according to the outside air temperature or the concentration of hydrogen gas in the hydrogen tank 120.

そして、発電セル２００の電圧の基準値Ｖａは、それらの条件下で最適な運転が行われたときの電圧Ｖｃ０の７５％の値のほか、電圧Ｖｃ０の８０％の値とすることもでき、７０％の値とすることもできる。すなわち、最適な運転を行った場合の電圧に対して、所定の割合で定められていればよい。   The reference value Va of the voltage of the power generation cell 200 can be set to a value of 80% of the voltage Vc0 in addition to a value of 75% of the voltage Vc0 when the optimum operation is performed under these conditions. A value of 70% can also be used. That is, it may be determined at a predetermined ratio with respect to the voltage when the optimum operation is performed.

（５）上記各実施例では、発電性能を改善する回復処理は、各発電セル内の液体の水を減少させることによって、フラッディングを解消する処理であった。そして、たとえば、回復部は、発電セルに直接または間接に接続され発電セルに燃料ガスを循環させる燃料ガス循環経路（水素供給配管１３２および還流配管１３３）に設けられた弁（排出バルブ１２６）と、燃料ガス循環経路に接続された燃料ガス貯蔵部（水素タンク１２０）であった。そして、弁を開いて湿度が比較的高い使用済みの燃料ガスを循環経路外に排出し、燃料ガス貯蔵部から湿度が比較的低い水素ガスを燃料ガスを循環経路に供給して、回復処理を実行していた。しかし、回復処理は、上記各実施例で示した処理以外の処理とすることもできる。 (5) In each of the above embodiments, the recovery process for improving the power generation performance is a process for eliminating flooding by reducing the liquid water in each power generation cell. For example, the recovery unit is connected directly or indirectly to the power generation cell, and a valve (discharge valve 126) provided in a fuel gas circulation path (hydrogen supply pipe 132 and recirculation pipe 133) that circulates fuel gas in the power generation cell. The fuel gas storage unit (hydrogen tank 120) connected to the fuel gas circulation path. Then, the used fuel gas having a relatively high humidity is discharged out of the circulation path by opening the valve, and the hydrogen gas having a relatively low humidity is supplied from the fuel gas storage unit to the circulation path to perform the recovery process. Was running. However, the recovery process may be a process other than the processes shown in the above embodiments.

たとえば、燃料電池システム２２の空気の配管１３５において、回復部として、加湿器１４２を迂回するためのバイパス用配管を備え、発電セルに電圧の低下が生じた場合には、空気がそのバイパス用配管を通って加湿器１４２を通らずに直接燃料電池スタック１１０に供給されるようにしてもよい。また、燃料電池システム２２の空気の配管１３６において、回復部として、加湿器１４２を迂回するためのバイパス用配管を備え、発電セルに電圧の低下が生じた場合には、カソードオフガスがそのバイパス用配管を通って加湿器１４２を通らずに外部に排出されるようにしてもよい。このようにすれば、発電セル２００に供給される空気は加湿されることがない。このため、より乾燥した空気を電解質膜に供給することで、電解質膜に付着した水を低減することができる。   For example, in the air piping 135 of the fuel cell system 22, a bypass pipe for bypassing the humidifier 142 is provided as a recovery unit, and when a voltage drop occurs in the power generation cell, the air is the bypass pipe. Alternatively, the fuel cell stack 110 may be directly supplied without passing through the humidifier 142. In addition, the air pipe 136 of the fuel cell system 22 includes a bypass pipe for bypassing the humidifier 142 as a recovery unit. When a voltage drop occurs in the power generation cell, the cathode off gas is used for the bypass. You may be made to discharge | emit outside without passing the humidifier 142 through piping. In this way, the air supplied to the power generation cell 200 is not humidified. For this reason, the water adhering to an electrolyte membrane can be reduced by supplying drier air to an electrolyte membrane.

すなわち、回復部が行う回復処理は、直接燃料電池スタック１１０に供給するガスの湿度を下げる処理とすることができる。また、回復部が行う回復処理は、直接燃料電池スタック１１０に供給するガスの流通速度や供給圧力を上げる処理、または変動させる処理とすることができる。   That is, the recovery process performed by the recovery unit can be a process for reducing the humidity of the gas supplied directly to the fuel cell stack 110. Further, the recovery process performed by the recovery unit can be a process of increasing or changing the flow rate and supply pressure of the gas directly supplied to the fuel cell stack 110.

また、発電性能を改善する回復処理は、フラッディングを解消する処理以外に、電解質膜の乾燥による発電の異常（ドライアップ）を解消するための処理とすることができる。たとえば、燃料電池システム２２は、発電セル２００内や燃料電池スタック１１０に供給するガスに、水を噴霧する処理を行うことができる加湿部を有する態様としてもよい。   Further, the recovery process for improving the power generation performance can be a process for eliminating the power generation abnormality (dry up) due to drying of the electrolyte membrane, in addition to the process of eliminating the flooding. For example, the fuel cell system 22 may have a humidification unit that can perform a process of spraying water on the gas supplied to the power generation cell 200 or the fuel cell stack 110.

また、以上で例として挙げて説明した電圧の低下を低減するための各処理は、それぞれ単独で実行してもよいし、２以上を組み合わせて実行してもよい。   In addition, each process for reducing the voltage decrease described as an example above may be executed alone or in combination of two or more.

（６）第３実施例では、低出力運転を開始するか否かの判断の基準値Ｖａは、回復処理を開始するか否かの判断の基準値Ｖｂよりも低い値であった。しかし、この基準値Ｖａ，Ｖｂは、第１実施例のように同じ値とすることもできる。このような態様とすれば、低出力での燃料電池ユニットの運転と、回復処理とを同時に開始して、効率的に発電セルの状態を回復させることができる。また、過剰または過小に回復処理を行うことを防止することができ、その結果、適切に回復処理を行うことができる。 (6) In the third embodiment, the reference value Va for determining whether or not to start the low output operation is lower than the reference value Vb for determining whether or not to start the recovery process. However, the reference values Va and Vb can be the same as in the first embodiment. If it is set as such an aspect, the driving | running of a fuel cell unit by low output and a recovery process will be started simultaneously, and the state of an electric power generation cell can be recovered efficiently. Further, it is possible to prevent the recovery process from being excessively or too small, and as a result, it is possible to appropriately perform the recovery process.

また、基準値Ｖａを、基準値Ｖｂよりも高い値とすることもできる。そのような態様においては、発電セルの電圧が低下した場合に、回復処理によって発電セル２００の電圧がＶｂ以上に回復した場合にも、低出力運転が続行される。このため、回復処理を終了した直後に再び高負荷の運転を行って、発電セル２００の電圧を低下させてしまう事態をさけることができる。   Further, the reference value Va can be set higher than the reference value Vb. In such an aspect, when the voltage of the power generation cell is lowered, the low output operation is continued even when the voltage of the power generation cell 200 is recovered to Vb or more by the recovery process. For this reason, it is possible to avoid a situation in which the operation of the high load is performed again immediately after the recovery process is finished to reduce the voltage of the power generation cell 200.

（７）第１実施例では、モータの動力を外部（路面）に伝達する手段として、車両駆動軸３８と車輪３９とを備えた電気自動車について説明した。しかし、燃料電池システムは、他の移動体に適用することも可能である。例えば、車両駆動軸３８と車輪とを備え、軌道上を移動する車両に適用してもよい。 (7) In the first embodiment, the electric vehicle including the vehicle drive shaft 38 and the wheels 39 has been described as means for transmitting the motor power to the outside (road surface). However, the fuel cell system can also be applied to other moving objects. For example, the present invention may be applied to a vehicle that includes a vehicle drive shaft 38 and wheels and moves on a track.

また、この燃料電池システムを、モータの動力を外部に伝達するための手段として、スクリューや外輪を備えた船舶に適用することもできる。この場合、スクリューや外輪が動力を伝達する外部の対象は、船舶がその上に浮かんでいる水である。また、この燃料電池システムを、モータの動力を外部に伝達するための手段として、プロペラを備えたに適用することもできる。この場合、プロペラが動力を伝達する外部の対象は、航空機の周りの空気である。   Moreover, this fuel cell system can also be applied to a ship equipped with a screw and an outer ring as means for transmitting the power of the motor to the outside. In this case, the external object to which the screw or outer ring transmits power is the water on which the ship is floating. In addition, this fuel cell system can be applied to a device equipped with a propeller as means for transmitting the power of the motor to the outside. In this case, the external object to which the propeller transmits power is the air around the aircraft.

この燃料電池システムは、発電セルに異常が生じた場合にも、異常を解消する処理を行いつつ運転を継続することができるシステムである。このため、特に人を乗せて移動する移動体の動力源とするのに好適である。   This fuel cell system is a system that can continue operation while performing a process of eliminating the abnormality even when an abnormality occurs in the power generation cell. For this reason, it is suitable especially as a power source of the moving body which carries a person and moves.

また、この燃料電池システムは、寒冷地や病院などにおける自家発電システムとして利用することも好ましい。   The fuel cell system is also preferably used as an in-house power generation system in cold regions and hospitals.

（８）本発明は、上記実施例で説明した具体的な実施形態以外の形態も含む、以下のような態様とすることもできる。すなわち、要求負荷によらず燃料電池ユニットの出力が第１の出力基準値以下となるように、燃料電池システムを運転する第１の運転モードと、要求負荷によらず燃料電池ユニットの出力が、第１の出力基準値よりも低い第２の出力基準値以下となるように燃料電池システムを運転する第２の運転モードと、を有する態様とすることもできる。 (8) The present invention may include the following aspects including forms other than the specific embodiments described in the above embodiments. That is, the first operation mode for operating the fuel cell system so that the output of the fuel cell unit is equal to or less than the first output reference value regardless of the required load, and the output of the fuel cell unit regardless of the required load, A second operation mode in which the fuel cell system is operated so as to be equal to or lower than the second output reference value lower than the first output reference value may be employed.

この態様においては、第１の運転モードにおいて、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った状態が、第１の時間だけ継続した場合には、回復部による回復処理を開始する。そして、第１の運転モードにおいて、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った状態が、第１の時間よりも長い第２の時間だけ継続した場合には、第２の運転モードに移行する。このような態様とすれば、発電セルの電圧の異常を検知した場合に、発電セルの発電性能を改善する処理を実行しつつ、燃料電池システムの運転を継続することができる。   In this aspect, in the first operation mode, when the state where the voltage of the power generation cell falls below the first operation threshold value continues for the first time, the recovery process by the recovery unit is started. In the first operation mode, when the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for a second time longer than the first time, the second operation mode Migrate to If it is set as such an aspect, when the abnormality of the voltage of a power generation cell is detected, operation of a fuel cell system can be continued, performing processing which improves power generation performance of a power generation cell.

なお、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った状態が、第２の時間よりも長い第３の時間だけ継続した場合には、燃料電池システムの運転を停止することが好ましい。このような態様とすれば、発電セルの損傷を防止することができる。   Note that when the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for a third time longer than the second time, it is preferable to stop the operation of the fuel cell system. If it is set as such an aspect, damage to a power generation cell can be prevented.

また、要求負荷によらず燃料電池ユニットの出力が、第２の出力基準値よりも低い第３の出力基準値以下となるように燃料電池システムを運転する第３の運転モードを有する態様においては、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った状態が、第２の時間よりも長く第３の時間よりも短い第４の時間だけ継続した場合には、第３の運転モードに移行する。このような態様とすれば、発電セルの損傷を防止しつつ、燃料電池システムの運転を継続することができる。   Moreover, in the aspect which has a 3rd operation mode which drive | operates a fuel cell system so that the output of a fuel cell unit may become below 3rd output reference value lower than 2nd output reference value irrespective of request | requirement load. The following treatment is preferably performed. That is, when the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for a fourth time longer than the second time and shorter than the third time, the third operation mode is set. Migrate to With such an embodiment, the operation of the fuel cell system can be continued while preventing damage to the power generation cell.

一方、要求負荷によらず、燃料電池ユニットの出力が、第２の出力基準値よりも高い第３の出力基準値以下となるように燃料電池システムを運転する第３の運転モードを有する態様においては、以下のような処理を行うことが好ましい。すなわち、第２の運転モードにおいて、発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った状態が、第３の時間だけ継続した場合には、第３の運転モードに移行する。このような態様とすれば、発電セルが電圧を回復したあと、出力制限を緩めて、それまでよりも高い出力で燃料電池を運転することができる。   On the other hand, in an aspect having a third operation mode in which the fuel cell system is operated such that the output of the fuel cell unit is equal to or lower than the third output reference value higher than the second output reference value regardless of the required load. Is preferably performed as follows. That is, in the second operation mode, when the state in which the voltage of the power generation cell exceeds the second operation threshold value continues for the third time, the mode is shifted to the third operation mode. With such an embodiment, after the power generation cell recovers the voltage, the output limit is relaxed, and the fuel cell can be operated at a higher output than before.

なお、回復部による回復処理は、複数の発電セルの電圧が、第１および第２の運転しきい値のうちの高い方のしきい値を下回っている状態において、発電セルの発電性能を改善することができるものであることが好ましい。   The recovery process by the recovery unit improves the power generation performance of the power generation cell when the voltages of the plurality of power generation cells are lower than the higher one of the first and second operating threshold values. It is preferable that it can be done.

なお、第３の出力基準値は、第１の出力基準値と等しい値とすることができる。このような態様とすれば、発電セルが電圧を回復したあと、燃料電池システムの運転状態を、もとの状態に戻すことができる。なお、このような態様においては、第３の運転モードに移行すると同時に、または、移行した後に、回復処理を終了することが好ましい。   The third output reference value can be set equal to the first output reference value. If it is set as such an aspect, after a power generation cell recovers a voltage, the driving | running state of a fuel cell system can be returned to the original state. In such an aspect, it is preferable to end the recovery process simultaneously with or after the transition to the third operation mode.

また、第３の出力基準値は、第１の出力基準値よりも低い値とすることができる。このような態様とすれば、発電セルが電圧を回復したあと、もとの運転状態よりも低い出力で運転を継続して、発電セルの電圧がふたたび低下しないかどうかを監視することができる。なお、このような態様においては、第３の運転モードに移行しても、回復処理を継続することが好ましい。   Further, the third output reference value can be a value lower than the first output reference value. According to such an aspect, after the power generation cell recovers the voltage, the operation can be continued at an output lower than the original operation state, and it can be monitored whether or not the voltage of the power generation cell is lowered again. In such an aspect, it is preferable to continue the recovery process even when the third operation mode is entered.

なお、上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。   In the above embodiment, a part of the configuration realized by hardware may be replaced with software, and conversely, a part of the configuration realized by software may be replaced by hardware. Good.

電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electric vehicle 10. FIG. 燃料電池システム２２の概略構成を示す説明図。2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 22. FIG. 発電セル２００の構造を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the power generation cell 200. FIG. 燃料電池システム２２の運転時の手順を示すフローチャート。5 is a flowchart showing a procedure during operation of the fuel cell system 22; 第２実施例の燃料電池システム２２の運転時の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure at the time of the driving | operation of the fuel cell system 22 of 2nd Example. 第３実施例の燃料電池システム２２の運転時の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure at the time of the driving | operation of the fuel cell system 22 of 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…電気自動車
１５…電源装置
１７…動力装置
２０…スイッチ
２２…燃料電池システム
２７…残存容量モニタ
２８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…駆動インバータ
３２…駆動モータ
３４…減速ギヤ
３６…出力軸
３８…車両駆動軸
３９…車輪
４０…高圧補機
４２…ダイオード
４８…制御部
５０…配線
５２…電圧計
５６…ブレーキセンサ
５７…アクセル開度センサ
５８…車速センサ
６４…回復部
１１０…燃料電池スタック
１１２…圧力センサ
１２０…水素タンク
１２３…レギュレータ
１２４…シャットバルブ
１２５…シャットバルブ
１２６…排出バルブ
１２７…圧力調整弁
１２８…逆止弁
１３２…水素供給配管
１３３…環流配管
１３４…排出管
１３５〜１３８…配管
１４１…エアコンプレッサ
１４２…加湿器
１４４…希釈器
１４５…水素ポンプ
１４６…気液分離器
１４７…ポンプ
１４８…ラジエータ
１４９…温度センサ
２００…発電セル
２０２…電圧計
２１０…セパレータ
２１１，２１３，２２１…溝部
２１２…燃料ガス流路
２２０…セパレータ
２２２…酸化ガス流路
２３２…電解質膜
２３４…水素極
２３６…酸素極
２４０…冷却セパレータ
２４２…冷却水溝
２５１，２５２…冷却水孔
２５３，２５４…燃料ガス孔
２５５，２５６…酸化ガス孔
Ｌｔ…要求負荷
Ｐｍａｘ…燃料電池システムの出力の上限値
Ｐｍａｘ１…定常状態における燃料電池システムの出力の上限値
Ｐｍａｘ２〜Ｐｍａｘ４…燃料電池システムの出力の上限値
Ｔｆｃ…燃料電池スタックの温度
Ｖａ…低出力運転を開始するか否かの判断の基準値
Ｖｂ…回復処理を行うか否かの判断の基準値
Ｖｃｉ…各発電セルの電圧
ｔＨ…発電セルの電圧が基準値を上回っていた時間
ｔＬ…発電セルの電圧が基準値を下回っていた時間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric vehicle 15 ... Power supply device 17 ... Power unit 20 ... Switch 22 ... Fuel cell system 27 ... Remaining capacity monitor 28 ... DC / DC converter 30 ... Drive inverter 32 ... Drive motor 34 ... Reduction gear 36 ... Output shaft 38 ... Vehicle Drive shaft 39 ... wheel 40 ... high voltage auxiliary machine 42 ... diode 48 ... control unit 50 ... wiring 52 ... voltmeter 56 ... brake sensor 57 ... accelerator opening sensor 58 ... vehicle speed sensor 64 ... recovery unit 110 ... fuel cell stack 112 ... pressure Sensor 120 ... Hydrogen tank 123 ... Regulator 124 ... Shut valve 125 ... Shut valve 126 ... Discharge valve 127 ... Pressure adjustment valve 128 ... Check valve 132 ... Hydrogen supply piping 133 ... Recirculation piping 134 ... Discharge piping 135-138 ... Piping 141 ... Air compressor 142 ... Humidifier 144 ... Noble 145 ... Hydrogen pump 146 ... Gas-liquid separator 147 ... Pump 148 ... Radiator 149 ... Temperature sensor 200 ... Power generation cell 202 ... Voltmeter 210 ... Separator 211, 213, 221 ... Groove 212 ... Fuel gas flow path 220 ... Separator 222 ... oxidizing gas flow path 232 ... electrolyte membrane 234 ... hydrogen electrode 236 ... oxygen electrode 240 ... cooling separator 242 ... cooling water groove 251, 252 ... cooling water hole 253, 254 ... fuel gas hole 255, 256 ... oxidation gas hole Lt ... request Load Pmax: Upper limit value of output of fuel cell system Pmax1: Upper limit value of output of fuel cell system in steady state Pmax2-Pmax4: Upper limit value of output of fuel cell system Tfc: Temperature of fuel cell stack Va: Start of low output operation Reference value for determining whether or not to perform Vb ... whether to perform recovery processing Reference value Vci ... voltage tH ... time voltage of the power cell was above the reference value tL ... time voltage of the power cell was below the reference value of the power generation cells in the determination of

Claims (14)

燃料電池システムであって、
発電を行う複数の発電セルと、
前記少なくとも一部の発電セルの電圧を検知する電圧検知部と、
前記発電セルの電圧が回復しきい値を下回っている状態において前記発電セルの発電性能を改善する回復処理を実行できる回復部と、
前記燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記発電セルの電圧が前記回復しきい値を下回った場合に、前記回復部による前記回復処理を開始し、
前記回復処理を行った後、前記発電セルの電圧が第１の運転しきい値を下回った場合に、前記燃料電池ユニットの出力の上限値を下げる、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A plurality of power generation cells for generating power;
A voltage detector for detecting the voltage of at least some of the power generation cells;
A recovery unit capable of executing a recovery process for improving the power generation performance of the power generation cell in a state where the voltage of the power generation cell is below a recovery threshold;
A control unit for controlling the operation of the fuel cell system,
The controller is
When the voltage of the power generation cell falls below the recovery threshold, start the recovery process by the recovery unit,
A fuel cell system that lowers the upper limit value of the output of the fuel cell unit when the voltage of the power generation cell falls below a first operation threshold after performing the recovery process. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記第１の運転しきい値は、前記回復しきい値よりも低い値である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the first operation threshold value is lower than the recovery threshold value. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記第１の運転しきい値は、前記回復しきい値よりも高い値である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the first operation threshold value is higher than the recovery threshold value. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記第１の運転しきい値は、前記回復しきい値と等しい値である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the first operation threshold value is equal to the recovery threshold value. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記発電セルの電圧が前記第１の運転しきい値を下回った状態が前記第１の時間だけ継続した場合には、前記燃料電池システムの運転を停止する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The controller is
The fuel cell system, wherein the operation of the fuel cell system is stopped when the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for the first time. 請求項５記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記発電セルの電圧が前記第１の運転しきい値を下回った状態が、前記第１の時間よりも短い第２の時間だけ継続した場合には、前記燃料電池ユニットの出力の上限値をさらに下げる、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The controller is
When the state where the voltage of the power generation cell is lower than the first operation threshold value continues for a second time shorter than the first time, the upper limit value of the output of the fuel cell unit is further increased. Lower the fuel cell system. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った場合には、前記燃料電池ユニットの出力の上限値を上げる、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The controller is
A fuel cell system that increases an upper limit value of the output of the fuel cell unit when the voltage of the power generation cell exceeds a second operation threshold value. 請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った場合には、前記燃料電池ユニットの出力の上限値を、前記発電セルの電圧が前記第１の運転しきい値を下回る前の前記燃料電池ユニットの出力の上限値とする、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7, wherein
The controller is
When the voltage of the power generation cell exceeds the second operation threshold value, the upper limit value of the output of the fuel cell unit is set to the value before the voltage of the power generation cell falls below the first operation threshold value. A fuel cell system which is an upper limit value of the output of the fuel cell unit. 請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記発電セルの電圧が第２の運転しきい値を上回った場合には、前記燃料電池ユニットの出力の上限値を、前記発電セルの電圧が前記第１の運転しきい値を下回る前の前記燃料電池ユニットの出力の上限値よりも低い値とする、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7, wherein
The controller is
When the voltage of the power generation cell exceeds the second operation threshold value, the upper limit value of the output of the fuel cell unit is set to the value before the voltage of the power generation cell falls below the first operation threshold value. A fuel cell system having a value lower than the upper limit value of the output of the fuel cell unit. 請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記第２の運転しきい値は、前記第１の運転しきい値と等しい値である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7, wherein
The fuel cell system, wherein the second operation threshold value is equal to the first operation threshold value. 請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記第２の運転しきい値は、前記第１の運転しきい値よりも高い値である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7, wherein
The fuel cell system, wherein the second operation threshold value is higher than the first operation threshold value. 請求項１ないし１１記載の燃料電池システムであって、
前記発電セルの電圧の低下はフラッディングによる電圧の低下である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11,
The fuel cell system, wherein the voltage drop of the power generation cell is a voltage drop due to flooding. 請求項１ないし１１記載の燃料電池システムであって、
前記回復部は、
前記発電セルに直接または間接に接続され、酸化ガスと燃料ガスとのうちの一方のガスを前記発電セルに供給するポンプであって、供給圧力と供給速度との少なくとも一方を変動させて前記ガスを供給することができ、前記変動により前記発電セル内の液体の水を除去することで前記回復処理を実行する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11,
The recovery unit is
A pump that is directly or indirectly connected to the power generation cell and that supplies one of oxidizing gas and fuel gas to the power generation cell, wherein at least one of a supply pressure and a supply speed is changed to change the gas And the recovery process is performed by removing liquid water in the power generation cell due to the fluctuation. 人を乗せて移動するための移動体であって、
請求項１記載の燃料電池システムと、
前記燃料電池システムから供給される電力で駆動されるモータと、
前記モータの動力を外部に伝達して前記移動体を移動させる伝達部と、を備える移動体。 A moving object for carrying a person,
A fuel cell system according to claim 1;
A motor driven by electric power supplied from the fuel cell system;
And a transmission unit that transmits the power of the motor to the outside to move the moving body.
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