JP2006156062A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of efficiently preventing the deterioration of a fuel cell stack after the supply of reaction gas is stopped, simplifying the manufacturing process of the fuel cell stack, and making the fuel cell stack compact. <P>SOLUTION: The fuel cell system FS1 is equipped with an output regulating means 2 electrically connected to the fuel cell stack 1 and regulating the output from the fuel cell stack 1, a load 3 electrically connected to the fuel cell stack 1 through the output regulating means 2, and a control means 4 controlling the output regulating means 2; and the control means 4 controls the output regulating means 2 so as to stop the output from the fuel cell stack 1 to the load 3 after the output from the fuel cell stack 1 to the load 3 is continued until the highest voltage value out of voltage values of a plurality of unit cells 1a reaches the previously set highest cell voltage threshold when the supply of the reaction gas to the fuel cell stack 1 is stopped. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池スタックの停止時に燃料電池スタックの劣化を防止する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that prevents deterioration of the fuel cell stack when the fuel cell stack is stopped.
一般に、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側をアノード(燃料極)とカソード(酸化剤極)とで挟み込んで単セルを構成し、この単セルを複数積層して一つの燃料電池スタックを形成している。そしてアノードには、燃料として水素ガスが供給され、カソードには酸化剤として空気が供給される。その結果、燃料電池スタックでは、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソードまで移動し、カソードで水素イオンと空気中の酸素ガスとが電気化学的に反応することによって発電が行われる。   In general, a solid polymer membrane fuel cell comprises a single cell in which both sides of a solid polymer electrolyte membrane are sandwiched between an anode (fuel electrode) and a cathode (oxidant electrode), and a plurality of such single cells are stacked. One fuel cell stack is formed. The anode is supplied with hydrogen gas as a fuel, and the cathode is supplied with air as an oxidant. As a result, in the fuel cell stack, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode, and the hydrogen ions and oxygen gas in the air react electrochemically at the cathode. Power generation is performed.
このような燃料電池スタックでは、例えば、燃料電池スタックを停止させる際に、燃料電池スタックへの反応ガス(水素ガス及び空気)の供給が遮断される。そして、燃料電池スタックの各単セル内には反応ガスが残留する。その結果、各単セルには、残留した反応ガスによって約1Vの開回路電圧が発生することとなる。一方、燃料電池スタックは、この開回路電圧が発生した状態で長時間放置されると、アノード及びカソードの触媒(白金触媒等)の活性が低下する。そこで、従来、各単セルのそれぞれに抵抗を配設した燃料電池スタックが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池スタックは、単セルに抵抗を電気的に接続することによって開回路電圧を低減し、そして触媒活性の低下、つまり燃料電池スタックの劣化を防止するようになっている。
特開2003−115305号公報(段落番号0017及び図1参照)
In such a fuel cell stack, for example, when the fuel cell stack is stopped, the supply of the reaction gas (hydrogen gas and air) to the fuel cell stack is interrupted. The reactive gas remains in each single cell of the fuel cell stack. As a result, an open circuit voltage of about 1 V is generated in each single cell by the remaining reaction gas. On the other hand, when the fuel cell stack is left for a long time in a state where the open circuit voltage is generated, the activity of the anode and cathode catalysts (such as platinum catalyst) is lowered. Therefore, conventionally, a fuel cell stack in which a resistance is provided in each single cell has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this fuel cell stack, an open circuit voltage is reduced by electrically connecting a resistor to a single cell, and a decrease in catalyst activity, that is, deterioration of the fuel cell stack is prevented.
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-115305 (see paragraph number 0017 and FIG. 1)
しかしながら、特許文献1に開示された燃料電池スタックでは、複数の単セルごとに抵抗を設けなければならないために、燃料電池スタックが大型化すると共にその製造工程が煩雑化するという問題が生じる。   However, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, a resistance must be provided for each of the plurality of single cells, which causes a problem that the fuel cell stack becomes large and the manufacturing process becomes complicated.
そこで、本発明は、反応ガスの供給が停止された後における燃料電池スタックの劣化を効率よく防止することができると共に、燃料電池スタックの製造工程を簡略化することができ、しかも燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention can efficiently prevent the deterioration of the fuel cell stack after the supply of the reaction gas is stopped, simplify the manufacturing process of the fuel cell stack, and It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be made compact.
前記課題を解決するための請求項1の発明は、複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続された負荷と、前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記複数の単セルの電圧値のうちの最高電圧値が、予め設定された最高セル電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記負荷に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記負荷への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする。   The invention of claim 1 for solving the above-mentioned problem is a fuel cell stack formed by laminating a plurality of single cells and generating power by supplying a reaction gas, and output regulation for regulating output from the fuel cell stack. A fuel cell system comprising: a means; a load electrically connected to the fuel cell stack via the output restriction means; and a control means for controlling the output restriction means. When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the maximum voltage value among the voltage values of the plurality of single cells is reduced from the fuel cell stack until a predetermined maximum cell voltage threshold value or less. The output restricting means is controlled to stop the output from the fuel cell stack to the load after the load is made to output.
一般に、燃料電池スタックは、燃料電池スタックへの反応ガスの供給が停止された際に、各単セルには、残留した反応ガスによって1V前後の開回路電圧が発生する。この開回路電圧は、各単セルに残留する反応ガスの量の応じて単セルごとに相違している。そして、複数の単セルのうち、最高電圧値を示している単セルの触媒劣化が最も著しくなる。   Generally, in the fuel cell stack, when supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, an open circuit voltage of about 1 V is generated in each single cell due to the remaining reaction gas. This open circuit voltage is different for each single cell depending on the amount of reaction gas remaining in each single cell. And the catalyst deterioration of the single cell which shows the highest voltage value among several single cells becomes the most remarkable.
この燃料電池システムでは、燃料電池スタックへの反応ガスの供給が停止された際に、制御手段が出力規制手段を制御することによって、燃料電池スタックから負荷に向かって出力が行われる。このとき制御装置は、複数の単セルの電圧値のうちの最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下になるまで燃料電池スタックから負荷に出力されるように出力規制手段に指令する。その結果、燃料電池システムでは、最高電圧値を示していた単セルの電圧値がその出力とともに低減されていく。したがって、単セルの電圧値が最高セル電圧閾値を超えた状態で長時間放置されることはなく、電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。なお、最高電圧値を示していた単セル以外の単セルの電圧値は、最高セル電圧閾値未満となっているので電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。   In this fuel cell system, when the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means controls the output restricting means so that output is performed from the fuel cell stack toward the load. At this time, the control device instructs the output restricting means to output from the fuel cell stack to the load until the maximum voltage value among the voltage values of the plurality of single cells becomes equal to or lower than a preset maximum cell voltage threshold value. As a result, in the fuel cell system, the voltage value of the single cell that showed the highest voltage value is reduced along with its output. Therefore, it is not left for a long time in a state where the voltage value of the single cell exceeds the maximum cell voltage threshold, and the possibility that the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) is reduced is avoided. In addition, since the voltage value of single cells other than the single cell which showed the maximum voltage value is less than the maximum cell voltage threshold value, the possibility that the catalyst activity contained in an electrode (anode and cathode) falls is avoided.
また、この燃料電池システムでは、制御手段が出力規制手段を制御することによって、最高電圧値を示していた単セルの電圧値が最高セル電圧閾値以下になった後に、燃料電池スタックから負荷への出力が停止される。その結果、燃料電池スタックへの反応ガスの供給停止後に各単セルから必要以上の電力が取り出されることが回避されるので、単セル内で逆電流が生じることによる電極(アノード及びカソード)等の劣化が防止される。   Further, in this fuel cell system, the control means controls the output restricting means, so that the voltage value of the single cell indicating the maximum voltage value becomes equal to or lower than the maximum cell voltage threshold value, and then the fuel cell stack to the load. Output is stopped. As a result, it is avoided that excessive power is taken out from each unit cell after the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, so that an electrode (anode and cathode) caused by a reverse current is generated in the unit cell. Deterioration is prevented.
また、この燃料電池システムでは、従来の燃料電池スタック(例えば、特許文献1参照)のように単セルごとに抵抗(負荷)が取り付けられているのではなく、燃料電池スタックに出力規制手段を介して負荷が設けられている。その結果、本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタックの単セルごとに負荷を取り付ける必要がないので、燃料電池スタックの製造工程を簡略化することができると共に、燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる。   Further, in this fuel cell system, a resistance (load) is not attached to each single cell as in a conventional fuel cell stack (for example, see Patent Document 1), but an output regulating means is provided in the fuel cell stack. A load is provided. As a result, the fuel cell system of the present invention does not require a load to be attached to each single cell of the fuel cell stack, so that the manufacturing process of the fuel cell stack can be simplified and the fuel cell stack can be made compact. be able to.
また、この燃料電池システムを構成する負荷は、抵抗器であってもよいし、公知の燃料電池システムに使用される、例えばラジエータのポンプ等の補機が負荷であってもよい。補機が負荷である燃料電池システムは、別途に抵抗器を設ける必要がないので燃料電池システムをより簡素化することができる。   The load constituting the fuel cell system may be a resistor, or an auxiliary machine such as a radiator pump used in a known fuel cell system may be the load. In the fuel cell system in which the auxiliary machine is a load, it is not necessary to separately provide a resistor, so that the fuel cell system can be further simplified.
請求項2に記載の発明は、複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続された負荷と、前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記燃料電池スタックの電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記負荷に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記負荷への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and that is supplied with a reaction gas to generate electric power, an output regulating means that regulates an output from the fuel cell stack, and the fuel A fuel cell system comprising: a load electrically connected to the battery stack via the output restriction means; and a control means for controlling the output restriction means, wherein the control means supplies the fuel cell stack to the fuel cell stack. When the supply of the reaction gas is stopped, after the fuel cell stack causes the load to output until the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than a preset stack voltage threshold, the fuel cell stack The output restricting means is controlled so as to stop the output to the load.
この燃料電池システムでは、制御手段が出力規制手段を制御することによって、燃料電池スタックの電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下になるまで燃料電池スタックから負荷に向かって出力が行われる。その結果、燃料電池システムは、各単セルの電圧値が低減されることによって、各単セルの触媒活性の低下が防止される。   In this fuel cell system, output from the fuel cell stack toward the load is performed until the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than a preset stack voltage threshold value by the control means controlling the output restricting means. As a result, in the fuel cell system, a decrease in the catalytic activity of each single cell is prevented by reducing the voltage value of each single cell.
また、この燃料電池システムでは、制御手段が出力規制手段を制御することによって、燃料電池スタックの電圧値がスタック電圧閾値以下になった後に、燃料電池スタックから負荷への出力が停止される。その結果、この燃料電池システムは、請求項1の発明と同様に、燃料電池スタックへの反応ガスの供給停止後に各単セルから必要以上の電力が取り出されることが回避されるので、単セル内で逆電流が生じることによる電極(アノード及びカソード)等の劣化が防止される。   Further, in this fuel cell system, the control means controls the output restricting means so that the output from the fuel cell stack to the load is stopped after the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than the stack voltage threshold value. As a result, in the fuel cell system, as in the first aspect of the invention, since it is avoided that excessive power is taken out from each single cell after the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, Thus, deterioration of the electrodes (anode and cathode) due to the occurrence of reverse current is prevented.
また、この燃料電池システムでは、請求項1の発明と同様に、従来の燃料電池スタック(例えば、特許文献1参照)のように単セルごとに負荷を取り付ける必要がないので、燃料電池スタックの製造工程が簡略化されると共に、燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる。   Further, in this fuel cell system, as in the first aspect of the invention, since it is not necessary to attach a load to each single cell as in the conventional fuel cell stack (for example, see Patent Document 1), the fuel cell stack is manufactured. The process is simplified and the fuel cell stack can be made compact.
また、この燃料電池システムを構成する負荷は、抵抗器であってもよいし、公知の燃料電池システムに使用される、例えばラジエータのポンプ等の補機が負荷であってもよい。補機が負荷である燃料電池システムは、別途に抵抗器を設ける必要がないので燃料電池システムをより簡素化することができる。   The load constituting the fuel cell system may be a resistor, or an auxiliary machine such as a radiator pump used in a known fuel cell system may be the load. In the fuel cell system in which the auxiliary machine is a load, it is not necessary to separately provide a resistor, so that the fuel cell system can be further simplified.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御手段が、前記複数の単セルの電圧値のうちの最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下になったときに、前記燃料電池スタックから前記負荷への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする。   According to a third aspect of the invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect of the invention, the control means is a lowest cell in which a lowest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells is preset. The output restricting means is controlled so as to stop the output from the fuel cell stack to the load when a voltage threshold value is reached.
この燃料電池システムでは、前記したように燃料電池スタックから負荷に向かって出力されることによって、各単セルの電圧値は低減されていく。そして、燃料電池システムの制御手段は、出力規制手段を制御することによって、複数の単セルの電圧値のうちの最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下になったときに、燃料電池スタックから負荷への出力を停止する。その結果、燃料電池スタックへの反応ガスの供給停止後に各単セルから必要以上の電力が取り出されることがより確実に回避されるので、単セル内で逆電流が生じることによる電極(アノード及びカソード)等の劣化がより確実に防止される。   In this fuel cell system, as described above, output from the fuel cell stack toward the load reduces the voltage value of each single cell. Then, the control means of the fuel cell system controls the output restricting means so that when the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells becomes equal to or lower than a preset lowest cell voltage threshold value, the fuel cell system Stops output from the stack to the load. As a result, it is more reliably avoided that excessive power is taken out from each single cell after the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped. Therefore, the electrodes (anode and cathode) due to the occurrence of reverse current in the single cell. ) And the like are more reliably prevented.
請求項4に記載の発明は、複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続されて前記燃料電池スタックが発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記複数の単セルの電圧値のうちの最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記蓄電手段に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記前記蓄電手段への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and that is supplied with a reaction gas to generate electric power, output regulation means that regulates an output from the fuel cell stack, and the fuel A fuel cell system comprising a power storage means that is electrically connected to the battery stack via the output restriction means and stores the electric power generated by the fuel cell stack, and a control means for controlling the output restriction means, When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means until the highest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells becomes equal to or lower than a preset highest cell voltage threshold value. Controlling the output regulating means to stop the output from the fuel cell stack to the power storage means after causing the power storage means to output from the fuel cell stack. And it features.
この燃料電池システムでは、燃料電池スタックへの反応ガスの供給が停止された際に、制御手段が出力規制手段を制御することによって、燃料電池スタックから蓄電手段に向かって出力が行われる。このとき制御装置は、複数の単セルの電圧値のうちの最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下になるまで燃料電池スタックから蓄電手段に出力されるように出力規制手段に指令する。その結果、燃料電池システムでは、最高電圧値を示していた単セルの電圧値がその出力とともに低減されていく。したがって、単セルの電圧値が最高セル電圧閾値を超えた状態で長時間放置されることはなく、電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。なお、最高電圧値を示していた単セル以外の単セルの電圧値は、最高セル電圧閾値以下となっているので電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、この燃料電池システムは、燃料電池システムの再起動時等に蓄電手段に蓄えられた電力を使用することができる。   In this fuel cell system, when the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means controls the output regulating means, so that output is performed from the fuel cell stack toward the power storage means. At this time, the control device instructs the output regulating means to output from the fuel cell stack to the power storage means until the maximum voltage value among the voltage values of the plurality of single cells becomes equal to or lower than a preset maximum cell voltage threshold value. . As a result, in the fuel cell system, the voltage value of the single cell that showed the highest voltage value is reduced along with its output. Therefore, it is not left for a long time in a state where the voltage value of the single cell exceeds the maximum cell voltage threshold, and the possibility that the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) is reduced is avoided. In addition, since the voltage value of single cells other than the single cell which showed the maximum voltage value is below the maximum cell voltage threshold value, the possibility that the catalyst activity contained in an electrode (anode and cathode) falls may be avoided. And this fuel cell system can use the electric power stored in the electrical storage means when the fuel cell system is restarted.
また、この燃料電池システムでは、制御手段が出力規制手段を制御することによって、最高電圧値を示していた単セルの電圧値が最高セル電圧閾値以下になった後に、燃料電池スタックから蓄電手段への出力が停止される。その結果、燃料電池スタックへの反応ガスの供給停止後に各単セルから必要以上の電力が取り出されることが回避されるので、単セル内で逆電流が生じることによる電極(アノード及びカソード)等の劣化が防止される。   Further, in this fuel cell system, the control means controls the output restricting means, so that the voltage value of the single cell showing the maximum voltage value becomes equal to or lower than the maximum cell voltage threshold value, and then the fuel cell stack to the power storage means. Output is stopped. As a result, it is avoided that excessive power is taken out from each unit cell after the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, so that an electrode (anode and cathode) caused by a reverse current is generated in the unit cell. Deterioration is prevented.
また、この燃料電池システムでは、燃料電池スタックに出力規制手段を介して蓄電手段が設けられており、燃料電池スタックから蓄電手段に向かって出力させることによって、各単セルの電圧値が低減される。その結果、この燃料電池システムでは、従来の燃料電池スタック(例えば、特許文献1参照)のように単セルごとに抵抗(負荷)を取り付ける必要がないので、燃料電池スタックの製造工程を簡略化することができると共に、燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる。   Further, in this fuel cell system, the fuel cell stack is provided with power storage means via output regulation means, and the voltage value of each single cell is reduced by outputting from the fuel cell stack toward the power storage means. . As a result, in this fuel cell system, it is not necessary to attach a resistance (load) for each single cell as in the conventional fuel cell stack (see, for example, Patent Document 1), so the manufacturing process of the fuel cell stack is simplified. In addition, the fuel cell stack can be made compact.
請求項5に記載の発明は、複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続されて前記燃料電池スタックが発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記燃料電池スタックの電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記蓄電手段に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記蓄電手段への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and that is supplied with a reaction gas to generate electric power, an output regulating means that regulates an output from the fuel cell stack, and the fuel A fuel cell system comprising a power storage means that is electrically connected to the battery stack via the output restriction means and stores the electric power generated by the fuel cell stack, and a control means for controlling the output restriction means, When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means is configured to store the power storage means from the fuel cell stack until the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than a preset stack voltage threshold value. The output restricting means is controlled so as to stop the output from the fuel cell stack to the power storage means after the output is performed.
この燃料電池システムでは、制御手段が出力規制手段を制御することによって、燃料電池スタックの電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下になるまで燃料電池スタックから蓄電手段に向かって出力が行われる。その結果、燃料電池システムは、各単セルの電圧値が低減されることによって、各単セルの触媒活性の低下が防止される。   In this fuel cell system, output is performed from the fuel cell stack toward the storage means until the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than a preset stack voltage threshold value by the control means controlling the output restriction means. As a result, in the fuel cell system, a decrease in the catalytic activity of each single cell is prevented by reducing the voltage value of each single cell.
また、この燃料電池システムでは、制御手段が出力規制手段を制御することによって、燃料電池スタックの電圧値がスタック電圧閾値以下になった後に、燃料電池スタックから蓄電手段への出力が停止される。その結果、この燃料電池システムは、請求項4の発明と同様に、燃料電池スタックへの反応ガスの供給停止後に各単セルから必要以上の電力が取り出されることが回避されるので、単セル内で逆電流が生じることによる電極(アノード及びカソード)等の劣化が防止される。   Further, in this fuel cell system, the control means controls the output restricting means so that the output from the fuel cell stack to the power storage means is stopped after the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than the stack voltage threshold value. As a result, in the fuel cell system, as in the invention of claim 4, since it is avoided that excessive power is taken out from each single cell after the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, Thus, deterioration of the electrodes (anode and cathode) due to the occurrence of reverse current is prevented.
また、この燃料電池システムでは、請求項4の発明と同様に、従来の燃料電池スタック(例えば、特許文献1参照)のように単セルごとに負荷を取り付ける必要がないので、燃料電池スタックの製造工程が簡略化されると共に、燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる。   Further, in this fuel cell system, similarly to the invention of claim 4, since it is not necessary to attach a load to each single cell as in the conventional fuel cell stack (for example, see Patent Document 1), the fuel cell stack is manufactured. The process is simplified and the fuel cell stack can be made compact.
請求項6に記載の発明は、請求項4又は請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御手段が、前記複数の単セルの電圧値のうちの最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下である際に、前記燃料電池スタックから前記蓄電手段への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the fourth or fifth aspect of the present invention, the control means is configured such that the minimum voltage value among the voltage values of the plurality of single cells is preset. The output regulating means is controlled to stop the output from the fuel cell stack to the power storage means when the voltage is equal to or lower than a voltage threshold value.
この燃料電池システムでは、前記したように燃料電池スタックから蓄電手段に向かって出力されることによって、各単セルの電圧値が低減される。そして、燃料電池システムの制御手段は、出力規制手段を制御することによって、複数の単セルの電圧値のうちの最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下になったときに、燃料電池スタックから蓄電手段への出力を停止する。その結果、燃料電池スタックへの反応ガスの供給停止後に各単セルから必要以上の電力が取り出されることがより確実に回避されるので、単セル内で逆電流が生じることによる電極(アノード及びカソード)等の劣化がより確実に防止される。   In this fuel cell system, the voltage value of each single cell is reduced by outputting from the fuel cell stack toward the power storage means as described above. Then, the control means of the fuel cell system controls the output restricting means so that when the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells becomes equal to or lower than a preset lowest cell voltage threshold value, the fuel cell system Stops output from the stack to the power storage means. As a result, it is more reliably avoided that excessive power is taken out from each single cell after the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped. Therefore, the electrodes (anode and cathode) due to the occurrence of reverse current in the single cell. ) And the like are more reliably prevented.
請求項7に記載の発明は、請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記蓄電手段が、降圧型の前記出力規制手段にオンオフスイッチを介して接続されており、前記制御手段が、前記燃料電池スタックの電圧値が前記蓄電手段の電圧値以下になった際に、前記オンオフスイッチをオフにすることを特徴とする。ここで、降圧型の出力規制手段とは、出力側の電圧を、入力側の電圧以下に調整する手段をいい、本発明では、出力側と入力側とを直結し、あるいは切断するスイッチング素子等がこれに含まれる。   According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the fourth to sixth aspects, the power storage means is connected to the step-down output regulation means via an on / off switch. The control means turns off the on / off switch when the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than the voltage value of the power storage means. Here, the step-down output regulating means means means for adjusting the output side voltage to be equal to or lower than the input side voltage. In the present invention, a switching element or the like that directly connects or disconnects the output side and the input side. This is included.
この燃料電池システムは、降圧型の出力規制手段が設けられているので、出力規制手段を介しての燃料電池スタックの出力は、その電圧値を蓄電手段への充電が進むにしたがって下げていく。この燃料電池システムでは、制御手段が、燃料電池スタックの電圧値が前記蓄電手段の電圧値以下になった際に、前記オンオフスイッチをオフにするので、燃料電池スタックの電圧値、延いては各単セルの電圧値を効果的に低減させることができる。   Since this fuel cell system is provided with step-down output regulation means, the output of the fuel cell stack via the output regulation means decreases its voltage value as the charging of the power storage means proceeds. In this fuel cell system, since the control means turns off the on / off switch when the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than the voltage value of the power storage means, the voltage value of the fuel cell stack, The voltage value of the single cell can be effectively reduced.
本発明の燃料電池システムは、反応ガスの供給が停止された後における燃料電池スタックの劣化を効率よく防止することができると共に、燃料電池スタックの製造工程を簡略化することができ、しかも燃料電池スタックのコンパクト化を図ることができる。   The fuel cell system of the present invention can efficiently prevent the deterioration of the fuel cell stack after the supply of the reaction gas is stopped, can simplify the manufacturing process of the fuel cell stack, and can further simplify the fuel cell. The stack can be made compact.
(第1実施形態)
次に、本発明の燃料電池システムにおける第1実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は、第1実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
(First embodiment)
Next, a first embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment.
図1に示すように、燃料電池システムFS1は、燃料電池スタック1、出力規制手段2、負荷3及び制御手段4を備えている。また、燃料電池システムFS1は、燃料電池スタック1に燃料としての水素ガスを供給する水素供給装置5や、燃料電池スタック1に酸化剤としての空気(酸素ガス)を供給する空気供給装置6、燃料電池スタック1を冷却するラジエータ(図示せず)等をさらに備えている。なお、水素ガス及び空気(酸素ガス)は、特許請求の範囲にいう「反応ガス」に相当する。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system FS <b> 1 includes a fuel cell stack 1, an output restriction unit 2, a load 3, and a control unit 4. The fuel cell system FS1 includes a hydrogen supply device 5 that supplies hydrogen gas as a fuel to the fuel cell stack 1, an air supply device 6 that supplies air (oxygen gas) as an oxidant to the fuel cell stack 1, a fuel A radiator (not shown) for cooling the battery stack 1 is further provided. Hydrogen gas and air (oxygen gas) correspond to “reactive gas” in the claims.
燃料電池スタック1は、図1に示すように、複数の単セル1aが積層されたものであって、水素供給装置5から供給される水素ガスと、空気供給装置6から供給される空気に含まれる酸素ガスとの電気化学反応により各単セル1aが発電を行うようになっている。この燃料電池スタック1は各単セル1aが直列に繋がれており、各単セル1aのセル電圧(セルV)の合算値は、燃料電池スタック1の出力の電圧値(以下、「スタック電圧値」という)に等しくなっている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of single cells 1 a and is included in hydrogen gas supplied from a hydrogen supply device 5 and air supplied from an air supply device 6. Each single cell 1a generates power by an electrochemical reaction with oxygen gas. In this fuel cell stack 1, each single cell 1 a is connected in series, and the total value of the cell voltage (cell V) of each single cell 1 a is the voltage value of the output of the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “stack voltage value”). ”).
各単セル1aのそれぞれには、図示しないセルV端子が設けられており、各単セル1aのセル電圧(セルV)は、このセルV端子を介してモニタすることができるようになっている。そして、この燃料電池スタック1では、各単セル1aのセル電圧(セルV)及びスタック電圧が電圧検出手段7(電圧計等)で検出され、その検出信号が制御手段4に出力されるようになっている。   Each single cell 1a is provided with a cell V terminal (not shown), and the cell voltage (cell V) of each single cell 1a can be monitored via this cell V terminal. . In the fuel cell stack 1, the cell voltage (cell V) and the stack voltage of each single cell 1 a are detected by the voltage detection means 7 (voltmeter or the like), and the detection signal is output to the control means 4. It has become.
出力規制手段2は、燃料電池スタック1に電気的に接続されて燃料電池スタック1からの出力を規制するものである。この出力規制手段としては、例えば、燃料電池スタック1と、負荷3との電気的な接続及び遮断を行うスイッチング素子を有するもの(降圧型出力規制手段)や、このスイッチング素子に燃料電池スタック1の出力の電圧値を高める昇圧器を組み合わせたもの(昇圧型出力規制手段)等が挙げられる。   The output regulating means 2 is electrically connected to the fuel cell stack 1 and regulates the output from the fuel cell stack 1. As this output restricting means, for example, one having a switching element that electrically connects and disconnects the fuel cell stack 1 and the load 3 (step-down output restricting means), or the switching element includes the fuel cell stack 1 Examples include a combination of boosters that increase the output voltage value (step-up output regulation means).
負荷3は、燃料電池スタック1に出力規制手段2を介して電気的に接続されている。この負荷3は、燃料電池スタック1が発電した電力を消費するものであり、例えば、抵抗器や、公知の燃料電池システムに使用される、例えばラジエータのポンプ等の補機が挙げられる。中でも補機が負荷として使用された燃料電池システムFS1は、別途に抵抗器を設ける必要がないのでその構成を簡素化することができる。   The load 3 is electrically connected to the fuel cell stack 1 via the output restricting means 2. This load 3 consumes the electric power generated by the fuel cell stack 1, and includes, for example, an auxiliary machine such as a resistor and a radiator pump used in a known fuel cell system. In particular, the configuration of the fuel cell system FS1 in which the auxiliary machine is used as a load can be simplified since it is not necessary to provide a separate resistor.
制御手段4は、後記する手順に従って、電圧検出手段7(電圧計等)から出力されるセル電圧(セルV)の検出信号に基づいて出力規制手段2を制御するものである。さらに具体的に言うと、制御手段4は、燃料電池スタック1への反応ガスの供給が停止された際に、複数の単セル1aの電圧値のうちの最高電圧値が後記する最高セル電圧閾値以下になるまで燃料電池スタック1から負荷3に出力されるように出力規制手段2に指令するものである。この制御手段4は、例えば、CPUや半導体メモリ等からなる公知のECU(Electronic Control Unit)で構成することができる。   The control means 4 controls the output restriction means 2 based on the detection signal of the cell voltage (cell V) output from the voltage detection means 7 (voltmeter or the like) according to the procedure described later. More specifically, when the supply of the reaction gas to the fuel cell stack 1 is stopped, the control means 4 is the highest cell voltage threshold value that the highest voltage value of the voltage values of the plurality of single cells 1a will be described later. The output restricting means 2 is instructed to output from the fuel cell stack 1 to the load 3 until it becomes below. This control means 4 can be comprised by well-known ECU (Electronic Control Unit) which consists of CPU, semiconductor memory, etc., for example.
次に、第1実施形態に係る燃料電池システムFS1の動作について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図2は、本実施形態に係る燃料電池システムFS1の動作を説明するフローチャートである。   Next, the operation of the fuel cell system FS1 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system FS1 according to the present embodiment.
この燃料電池システムFS1では、図1に示す燃料電池スタック1に水素供給装置5から水素ガス(反応ガス)が供給されると共に、空気供給装置6から空気(酸素ガス:反応ガス)が供給されることによって、前記したように各単セル1aで発電が行われる。   In this fuel cell system FS1, hydrogen gas (reaction gas) is supplied from the hydrogen supply device 5 to the fuel cell stack 1 shown in FIG. 1, and air (oxygen gas: reaction gas) is supplied from the air supply device 6. Thus, as described above, power is generated in each single cell 1a.
そして、例えば、燃料電池システムFS1を停止させるための要求によって、図2に示すように、燃料電池スタック1への反応ガス(水素ガス及び空気)の供給が停止されると(ステップS1)、図1に示す単セル1aのそれぞれには、残留した反応ガスによって1V前後の開回路電圧が発生する。この開回路電圧は、各単セル1aに残留する反応ガスの量の応じて単セル1aごとに相違している。   Then, for example, when the supply of the reaction gas (hydrogen gas and air) to the fuel cell stack 1 is stopped as shown in FIG. 2 due to a request for stopping the fuel cell system FS1 (step S1), FIG. In each of the single cells 1a shown in FIG. 1, an open circuit voltage of about 1 V is generated by the remaining reaction gas. This open circuit voltage is different for each single cell 1a depending on the amount of reaction gas remaining in each single cell 1a.
その一方で、制御手段4(図1参照)は、反応ガスの供給が停止されると、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1aの電圧値のうちの最低電圧値を検出する。そして、制御手段4は、図2に示すように、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS2)。なお、この最低セル電圧閾値は、単セル1aの電圧値が当該最低セル電圧閾値と等しくなっても燃料電池スタック1からの出力が継続された場合に、単セル1a内に逆電流が生じて電極(アノード及びカソード)等に劣化が生ずる恐れがある電圧値である。ちなみに、本実施形態では、最低セル電圧閾値が、例えば0.2Vに設定されているが、本発明はこの電圧値に制限されることなく、最低セル電圧閾値は、使用する燃料電池スタック1に応じて適宜に設定することができる。   On the other hand, when the supply of the reaction gas is stopped, the control means 4 (see FIG. 1), among the voltage values of the plurality of single cells 1a, based on the detection signal of the voltage detection means 7 (see FIG. 1). Detects the lowest voltage value. Then, as shown in FIG. 2, the control means 4 determines whether or not the minimum voltage value is equal to or lower than a preset minimum cell voltage threshold (step S2). Note that this minimum cell voltage threshold is such that a reverse current is generated in the single cell 1a when the output from the fuel cell stack 1 is continued even if the voltage value of the single cell 1a is equal to the minimum cell voltage threshold. This is a voltage value that may cause deterioration of the electrodes (anode and cathode). Incidentally, in this embodiment, the minimum cell voltage threshold is set to 0.2 V, for example, but the present invention is not limited to this voltage value, and the minimum cell voltage threshold is set to the fuel cell stack 1 to be used. It can be set as appropriate.
次いで、このステップS2において、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS2のNo)、制御手段4は、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1aの電圧値のうちの最高電圧値を検出する。そして、制御手段4は、最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS3)。なお、この最高セル電圧閾値は、単セル1aの電圧値が当該最高セル電圧閾値を超えて単セル1aが長時間放置されると、電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れがある電圧値である。ちなみに、本実施形態では、最高セル電圧閾値が、例えば0.8Vに設定されているが、本発明はこの電圧値に制限されることなく、最高セル電圧閾値は、使用する燃料電池スタック1に応じて適宜に設定することができる。   Next, when the minimum voltage value exceeds the preset minimum cell voltage threshold in step S2 (No in step S2), the control unit 4 detects the detection signal of the voltage detection unit 7 (see FIG. 1). Based on the above, the highest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells 1a is detected. Then, the control means 4 determines whether or not the maximum voltage value is less than or equal to a preset maximum cell voltage threshold (step S3). Note that the maximum cell voltage threshold is such that if the voltage value of the single cell 1a exceeds the maximum cell voltage threshold and the single cell 1a is left for a long time, the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) may be reduced. There is a voltage value. Incidentally, in the present embodiment, the maximum cell voltage threshold is set to 0.8 V, for example, but the present invention is not limited to this voltage value, and the maximum cell voltage threshold is set to the fuel cell stack 1 to be used. It can be set as appropriate.
次いで、このステップS3において、最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS3のNo)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3に向かって出力が行われるように出力規制手段2を制御する(ステップS4)。つまり、制御手段4は、出力規制手段2がスイッチング素子である場合には、スイッチング素子をオンにする。その結果、最高電圧値を示していた単セル1aの電圧値がその出力とともに低減されていくと共に、他の単セル1aの電圧値は相対的に低減されていく。そして、この燃料電池システムFS1では、このステップS4の終了後に、ステップS2に戻るようになっており、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下であり、かつ最高電圧値が最高セル電圧閾値以下であるときには、ステップS2からステップS4が繰り返されることとなる。   Next, in step S3, when the maximum voltage value exceeds the preset maximum cell voltage threshold value (No in step S3), the control means 4 outputs an output from the fuel cell stack 1 toward the load 3. The output restricting means 2 is controlled so as to be performed (step S4). That is, the control means 4 turns on a switching element, when the output control means 2 is a switching element. As a result, the voltage value of the single cell 1a showing the highest voltage value is reduced with the output, and the voltage values of the other single cells 1a are relatively reduced. In the fuel cell system FS1, after the completion of step S4, the process returns to step S2, and the minimum voltage value is not more than the minimum cell voltage threshold value and the maximum voltage value is not more than the maximum cell voltage threshold value. Sometimes step S2 to step S4 are repeated.
その一方で、ステップS1の終了後、あるいはステップS4の終了後に、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下の場合には(ステップS2のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS5)。つまり、制御手段4は、出力規制手段2がスイッチング素子である場合には、スイッチング素子をオフにする。その結果、最低電圧値を示していた単セル1a内に逆電流が生じて電極(アノード及びカソード)等に劣化が生ずる恐れは回避される。この際、最低電圧値を示している単セル1a以外の単セル1aの電圧値は、最低セル電圧閾値を超えているので電極(アノード及びカソード)等に劣化が生ずる恐れは回避される。そして、このステップS5の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   On the other hand, after the end of step S1 or after the end of step S4, when the minimum voltage value is equal to or lower than the minimum cell voltage threshold (Yes in step S2), the control means 4 transfers the fuel cell stack 1 to the load 3. The output restricting means 2 is controlled so that the output of is stopped (step S5). That is, the control unit 4 turns off the switching element when the output regulating unit 2 is a switching element. As a result, it is possible to avoid the possibility that a reverse current is generated in the single cell 1a that has shown the lowest voltage value and the electrodes (anode and cathode) are deteriorated. At this time, since the voltage values of the single cells 1a other than the single cell 1a indicating the minimum voltage value exceed the minimum cell voltage threshold, the possibility that the electrodes (anode and cathode) are deteriorated is avoided. And after completion | finish of this step S5, the fuel cell system FS1 stops.
また、ステップS3において、最高電圧値が最高セル電圧閾値以下の場合には(ステップS3のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS5)。つまり、制御手段4は、出力規制手段2がスイッチング素子である場合には、スイッチング素子をオフにする。その結果、単セル1aの電圧値が最高セル電圧閾値を超えて単セル1aが長時間放置されることはなく、電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。なお、最高電圧値を示していた単セル1a以外の単セル1aの電圧値は、最高セル電圧閾値未満となっているので電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、このステップS5の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   In step S3, when the maximum voltage value is equal to or lower than the maximum cell voltage threshold (Yes in step S3), the control unit 4 outputs the output regulating unit so that the output from the fuel cell stack 1 to the load 3 is stopped. 2 is controlled (step S5). That is, the control unit 4 turns off the switching element when the output regulating unit 2 is a switching element. As a result, the voltage value of the single cell 1a exceeds the maximum cell voltage threshold and the single cell 1a is not left for a long time, and the possibility that the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) is reduced is avoided. In addition, since the voltage value of the single cells 1a other than the single cell 1a showing the highest voltage value is less than the highest cell voltage threshold, the possibility that the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) is reduced is avoided. The And after completion | finish of this step S5, the fuel cell system FS1 stops.
また、燃料電池システムFS1では、従来の燃料電池スタック(例えば、特許文献1参照)のように単セルごとに抵抗(負荷)が取り付けられているのではなく、燃料電池スタック1に出力規制手段2を介して負荷3が設けられている。その結果、燃料電池システムFS1は、燃料電池スタック1の単セル1aごとに負荷3を取り付ける必要がないので、燃料電池スタック1の製造工程を簡略化することができると共に、燃料電池スタック1のコンパクト化を図ることができる。   Further, in the fuel cell system FS1, a resistance (load) is not attached to each single cell as in the conventional fuel cell stack (see, for example, Patent Document 1), but the output regulating means 2 is provided in the fuel cell stack 1. A load 3 is provided via As a result, the fuel cell system FS1 does not require the load 3 to be attached to each single cell 1a of the fuel cell stack 1, so that the manufacturing process of the fuel cell stack 1 can be simplified and the compactness of the fuel cell stack 1 can be achieved. Can be achieved.
(第2実施形態)
次に、本発明の燃料電池システムにおける第2実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムは、第1実施形態において、その制御手段が後記する手順に従って動作するように構成されている他は第1実施形態と同様に構成されている。ここでは図3に示す本実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートを参照しながら本実施形態に係る燃料電池システムについて説明すると共に、第1実施形態と同様の構成要素については詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The fuel cell system according to this embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment, except that the control unit in the first embodiment is configured to operate according to the procedure described later. Here, the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system according to the present embodiment shown in FIG. 3, and the same components as those in the first embodiment will be described in detail. Description is omitted.
本実施形態に係る燃料電池システムFS1での制御手段4(図1参照)は、図3に示すように、反応ガスの供給が停止されると(ステップS11)、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1a(図1参照)の電圧値のうちの最低電圧値を検出する。そして、制御手段4は、図3に示すように、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS12)。なお、この最低セル電圧閾値は、第1実施形態の最低セル電圧閾値と同様に設定することができる。   As shown in FIG. 3, the control means 4 (see FIG. 1) in the fuel cell system FS1 according to the present embodiment stops the supply of the reaction gas (step S11), and the voltage detection means 7 (see FIG. 1). ) To detect the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells 1a (see FIG. 1). Then, as shown in FIG. 3, the control means 4 determines whether or not the minimum voltage value is less than or equal to a preset minimum cell voltage threshold (step S12). The minimum cell voltage threshold can be set in the same manner as the minimum cell voltage threshold of the first embodiment.
次いで、このステップS12において、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS12のNo)、制御手段4は、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて前記したスタック電圧値を検出する。そして、制御手段4は、スタック電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS13)。なお、このスタック電圧閾値は、スタック電圧値が当該スタック電圧閾値を超えた状態で長時間放置されると、単セル1aの電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れがある電圧値である。ちなみに、本実施形態では、スタック電圧閾値が、例えば350Vに設定されているが、本発明はこの電圧値に制限されることなく、スタック電圧閾値は、使用する燃料電池スタック1に応じて適宜に設定することができる。   Next, in this step S12, when the minimum voltage value exceeds the preset minimum cell voltage threshold (No in step S12), the control unit 4 detects the detection signal of the voltage detection unit 7 (see FIG. 1). The stack voltage value is detected based on the above. And the control means 4 determines whether a stack voltage value is below a preset stack voltage threshold value (step S13). The stack voltage threshold is a voltage that may reduce the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) of the single cell 1a if the stack voltage value exceeds the stack voltage threshold for a long time. Value. Incidentally, in this embodiment, the stack voltage threshold is set to 350 V, for example. However, the present invention is not limited to this voltage value, and the stack voltage threshold is appropriately set according to the fuel cell stack 1 to be used. Can be set.
次いで、このステップS13において、スタック電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値を超えている場合には(ステップS13のNo)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3に向かって出力が行われるように出力規制手段2を制御する(ステップS14)。つまり、制御手段4は、出力規制手段2がスイッチング素子である場合には、スイッチング素子をオンにする。その結果、スタック電圧値がその出力とともに低減されていくと共に、単セル1aの電圧値は相対的に低減されていく。そして、この燃料電池システムFS1では、このステップS14の終了後に、ステップS12に戻るようになっており、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下であり、かつスタック電圧値がスタック電圧閾値以下であるときには、ステップS12からステップS14が繰り返されることとなる。   Next, when the stack voltage value exceeds the preset stack voltage threshold value in step S13 (No in step S13), the control means 4 outputs from the fuel cell stack 1 toward the load 3. The output restricting means 2 is controlled as shown in FIG. That is, the control means 4 turns on a switching element, when the output control means 2 is a switching element. As a result, the stack voltage value is reduced together with the output, and the voltage value of the single cell 1a is relatively reduced. In the fuel cell system FS1, after the completion of step S14, the process returns to step S12. When the minimum voltage value is not more than the minimum cell voltage threshold value and the stack voltage value is not more than the stack voltage threshold value, Steps S12 to S14 are repeated.
その一方で、ステップS11の終了後、あるいはステップS14の終了後に、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下の場合には(ステップS12のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS15)。その結果、単セル1a内に逆電流が生じて電極(アノード及びカソード)等に劣化が生ずる恐れは回避される。そして、このステップS15の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   On the other hand, after the end of step S11 or after the end of step S14, if the minimum voltage value is equal to or lower than the minimum cell voltage threshold value (Yes in step S12), the control means 4 moves from the fuel cell stack 1 to the load 3. The output restricting means 2 is controlled so that the output of is stopped (step S15). As a result, the possibility that a reverse current is generated in the single cell 1a and the electrodes (anode and cathode) are deteriorated is avoided. And after completion | finish of this step S15, the fuel cell system FS1 stops.
また、ステップS13において、スタック電圧値がスタック電圧閾値以下の場合には(ステップS13のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS15)。その結果、スタック電圧値がスタック電圧閾値を超えて長時間放置されることはなく、単セル1aの電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、このステップS15の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   In step S13, if the stack voltage value is equal to or lower than the stack voltage threshold (Yes in step S13), the control unit 4 causes the output regulating unit 2 to stop the output from the fuel cell stack 1 to the load 3. Is controlled (step S15). As a result, the stack voltage value does not exceed the stack voltage threshold value and is not left for a long time, and the possibility that the catalyst activity contained in the electrodes (anode and cathode) of the single cell 1a is reduced is avoided. And after completion | finish of this step S15, the fuel cell system FS1 stops.
また、燃料電池システムFS1では、第1実施形態と同様に、燃料電池スタック1の単セル1aごとに負荷3を取り付ける必要がないので、燃料電池スタック1の製造工程を簡略化することができると共に、燃料電池スタック1のコンパクト化を図ることができる。   Further, in the fuel cell system FS1, as in the first embodiment, since it is not necessary to attach the load 3 to each single cell 1a of the fuel cell stack 1, the manufacturing process of the fuel cell stack 1 can be simplified. Thus, the fuel cell stack 1 can be made compact.
(第3実施形態)
次に、本発明の燃料電池システムにおける第3実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムは、第1実施形態において、その制御手段が後記する手順に従って動作するように構成されている他は第1実施形態と同様に構成されている。ここでは図4に示す本実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートを参照しながら本実施形態に係る燃料電池システムについて説明すると共に、第1実施形態と同様の構成要素については詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The fuel cell system according to this embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment, except that the control unit in the first embodiment is configured to operate according to the procedure described later. Here, the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system according to the present embodiment shown in FIG. 4, and the same components as those in the first embodiment will be described in detail. Description is omitted.
本実施形態に係る燃料電池システムFS1での制御手段4(図1参照)は、図4に示すように、反応ガスの供給が停止されると(ステップS21)、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1a(図1参照)の電圧値のうちの最低電圧値を検出する。そして、制御手段4は、図4に示すように、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS22)。なお、この最低セル電圧閾値は、第1実施形態の最低セル電圧閾値と同様に設定することができる。   As shown in FIG. 4, the control means 4 (see FIG. 1) in the fuel cell system FS1 according to the present embodiment stops the voltage detection means 7 (see FIG. 1) when the supply of the reactive gas is stopped (step S21). ) To detect the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells 1a (see FIG. 1). Then, as shown in FIG. 4, the control means 4 determines whether or not the minimum voltage value is less than or equal to a preset minimum cell voltage threshold value (step S22). The minimum cell voltage threshold can be set in the same manner as the minimum cell voltage threshold of the first embodiment.
次いで、このステップS22において、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS22のNo)、制御手段4は、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1aの電圧値のうちの最高電圧値を検出する。そして、制御手段4は、最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS23)。なお、この最高セル電圧閾値は、第1実施形態の最高セル電圧閾値と同様に設定することができる。   Next, in step S22, when the minimum voltage value exceeds the preset minimum cell voltage threshold (No in step S22), the control unit 4 detects the detection signal of the voltage detection unit 7 (see FIG. 1). Based on the above, the highest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells 1a is detected. Then, the control means 4 determines whether or not the maximum voltage value is less than or equal to a preset maximum cell voltage threshold (step S23). This maximum cell voltage threshold can be set in the same manner as the maximum cell voltage threshold of the first embodiment.
次いで、このステップS23において、最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS23のNo)、制御手段4は、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて前記したスタック電圧値を検出する。そして、制御手段4は、スタック電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS24)。なお、このスタック電圧閾値は、第2実施形態のスタック電圧閾値と同様に設定することができる。   Next, in step S23, when the maximum voltage value exceeds the preset maximum cell voltage threshold (No in step S23), the control unit 4 detects the detection signal of the voltage detection unit 7 (see FIG. 1). The stack voltage value is detected based on the above. And the control means 4 determines whether a stack voltage value is below a preset stack voltage threshold value (step S24). The stack voltage threshold can be set in the same manner as the stack voltage threshold in the second embodiment.
次いで、このステップS24において、スタック電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値を超えている場合には(ステップS24のNo)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3に向かって出力が行われるように出力規制手段2を制御する(ステップS25)。その結果、スタック電圧値がその出力とともに低減されていくと共に、単セル1aの電圧値は相対的に低減されていく。そして、この燃料電池システムFS1では、このステップS25の終了後に、ステップS22に戻るようになっており、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下であり、かつ最高電圧値が最高セル電圧閾値以下であり、かつスタック電圧値がスタック電圧閾値以下であるときには、ステップS22からステップS25が繰り返されることとなる。   Next, in this step S24, when the stack voltage value exceeds the preset stack voltage threshold value (No in step S24), the control means 4 outputs from the fuel cell stack 1 toward the load 3. The output restricting means 2 is controlled as shown in FIG. As a result, the stack voltage value is reduced together with the output, and the voltage value of the single cell 1a is relatively reduced. And in this fuel cell system FS1, after this step S25 is complete | finished, it returns to step S22, the minimum voltage value is below the minimum cell voltage threshold value, and the maximum voltage value is below the maximum cell voltage threshold value. When the stack voltage value is equal to or lower than the stack voltage threshold value, steps S22 to S25 are repeated.
その一方で、ステップS21の終了後、あるいはステップS25の終了後に、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下の場合には(ステップS22のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS26)。その結果、単セル1a内に逆電流が生じて電極(アノード及びカソード)等に劣化が生ずる恐れは回避される。そして、このステップ26の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   On the other hand, after the end of step S21 or after the end of step S25, when the minimum voltage value is equal to or lower than the minimum cell voltage threshold (Yes in step S22), the control means 4 transfers the fuel cell stack 1 to the load 3. The output restricting means 2 is controlled so that the output is stopped (step S26). As a result, the possibility that a reverse current is generated in the single cell 1a and the electrodes (anode and cathode) are deteriorated is avoided. And after completion | finish of this step 26, fuel cell system FS1 stops.
また、ステップS23において、最高電圧値が最高セル電圧閾値以下の場合には(ステップS23のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS26)。その結果、単セル1aの電圧値が最高セル電圧閾値を超えて単セル1aが長時間放置されることはなく、電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、このステップS26の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   In step S23, when the maximum voltage value is equal to or lower than the maximum cell voltage threshold (Yes in step S23), the control unit 4 outputs the output regulating unit so that the output from the fuel cell stack 1 to the load 3 is stopped. 2 is controlled (step S26). As a result, the voltage value of the single cell 1a exceeds the maximum cell voltage threshold and the single cell 1a is not left for a long time, and the possibility that the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) is reduced is avoided. And after completion | finish of this step S26, the fuel cell system FS1 stops.
また、ステップS24において、スタック電圧値がスタック電圧閾値以下の場合には(ステップS24のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から負荷3への出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS26)。その結果、スタック電圧値がスタック電圧閾値を超えて長時間放置されることはなく、単セル1aの電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、このステップS26の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   In step S24, when the stack voltage value is equal to or lower than the stack voltage threshold value (Yes in step S24), the control unit 4 causes the output regulating unit 2 to stop the output from the fuel cell stack 1 to the load 3. Is controlled (step S26). As a result, the stack voltage value does not exceed the stack voltage threshold value and is not left for a long time, and the possibility that the catalyst activity contained in the electrodes (anode and cathode) of the single cell 1a is reduced is avoided. And after completion | finish of this step S26, the fuel cell system FS1 stops.
また、本実施形態に係る燃料電池システムFS1では、第1実施形態と同様に、燃料電池スタック1の単セル1aごとに負荷3を取り付ける必要がないので、燃料電池スタック1の製造工程を簡略化することができると共に、燃料電池スタック1のコンパクト化を図ることができる。   Further, in the fuel cell system FS1 according to the present embodiment, it is not necessary to attach the load 3 to each single cell 1a of the fuel cell stack 1 as in the first embodiment, and thus the manufacturing process of the fuel cell stack 1 is simplified. In addition, the fuel cell stack 1 can be made compact.
(第4実施形態)
次に、本発明の燃料電池システムにおける第4実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図5は、第4実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 5 is a block diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment.
図5に示すように、燃料電池システムFS2は、第1実施形態において、蓄電手段8をさらに備えると共に、制御手段4が後記する手順に従って動作するように構成されている他は第1実施形態と同様に構成されている。なお、ここでは第1実施形態と同様の構成要素については詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、降圧型出力規制手段が使用された燃料電池システムを例にとって説明する。   As shown in FIG. 5, the fuel cell system FS2 is further provided with a power storage unit 8 in the first embodiment, and is configured so that the control unit 4 operates according to a procedure described later. It is constituted similarly. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the component similar to 1st Embodiment here. In the present embodiment, a fuel cell system using the step-down output regulation means will be described as an example.
図5に示すように、蓄電手段8は、出力規制手段2にオンオフスイッチ9を介して電気的に接続されており、燃料電池スタック1が発電した電力を蓄えるようになっている。この蓄電手段8としては、公知の構造のものを使用することができ、例えば、キャパシタや二次電池が挙げられる。そして、この蓄電手段8は、負荷3ともオンオフスイッチ9を介して電気的に接続されており、負荷3が補機である場合には、オンオフスイッチ9をオンにすることによって蓄電手段8に蓄えられた電力が補機に使用することができるようになっている。   As shown in FIG. 5, the power storage means 8 is electrically connected to the output restriction means 2 via an on / off switch 9 and stores the electric power generated by the fuel cell stack 1. As this power storage means 8, a known structure can be used, and examples thereof include a capacitor and a secondary battery. The power storage means 8 is also electrically connected to the load 3 via an on / off switch 9. When the load 3 is an auxiliary machine, the power storage means 8 is stored in the power storage means 8 by turning on the on / off switch 9. The generated power can be used for auxiliary equipment.
制御手段4は、後記する手順に従って、燃料電池スタック1への反応ガスの供給が停止された際に、単セル1aの電圧値やスタック電圧値に基づいて出力規制手段2及びオンオフスイッチ9を制御するように構成されている。   The control means 4 controls the output regulating means 2 and the on / off switch 9 based on the voltage value of the single cell 1a and the stack voltage value when the supply of the reaction gas to the fuel cell stack 1 is stopped according to the procedure described later. Is configured to do.
次に、第4実施形態に係る燃料電池システムFS2の動作について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図6は、本実施形態に係る燃料電池システムFS2の動作を説明するフローチャートである。   Next, the operation of the fuel cell system FS2 according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system FS2 according to the present embodiment.
この燃料電池システムFS2では、図5に示す燃料電池スタック1に水素供給装置5から水素ガス(反応ガス)が供給されると共に、空気供給装置6から空気(酸素ガス:反応ガス)が供給されることによって、各単セル1aで発電が行われる。   In this fuel cell system FS2, hydrogen gas (reactive gas) is supplied from the hydrogen supply device 5 to the fuel cell stack 1 shown in FIG. 5, and air (oxygen gas: reactive gas) is supplied from the air supply device 6. As a result, power is generated in each single cell 1a.
そして、例えば、燃料電池システムFS2を停止させるための要求によって、図6に示すように、燃料電池スタック1への反応ガス(水素ガス及び空気)の供給が停止されると(ステップS31)、電圧検出手段7(図5参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1a(図1参照)の電圧値のうちの最低電圧値を検出する。そして、制御手段4は、図6に示すように、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS32)。なお、この最低セル電圧閾値は、第1実施形態の最低セル電圧閾値と同様に設定することができる。   Then, for example, when the supply of the reaction gas (hydrogen gas and air) to the fuel cell stack 1 is stopped as shown in FIG. 6 in response to a request for stopping the fuel cell system FS2 (step S31), the voltage Based on the detection signal of the detection means 7 (see FIG. 5), the lowest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells 1a (see FIG. 1) is detected. Then, as shown in FIG. 6, the control means 4 determines whether or not the minimum voltage value is less than or equal to a preset minimum cell voltage threshold (step S32). The minimum cell voltage threshold can be set in the same manner as the minimum cell voltage threshold of the first embodiment.
次いで、このステップS32において、最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS32のNo)、制御手段4は、電圧検出手段7(図5参照)の検出信号に基づいて複数の単セル1aの電圧値のうちの最高電圧値を検出する。そして、制御手段4は、最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS33)。なお、この最高セル電圧閾値は、第1実施形態の最高セル電圧閾値と同様に設定することができる。   Next, in step S32, when the minimum voltage value exceeds the preset minimum cell voltage threshold (No in step S32), the control unit 4 detects the detection signal of the voltage detection unit 7 (see FIG. 5). Based on the above, the highest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells 1a is detected. Then, the control means 4 determines whether or not the maximum voltage value is equal to or lower than a preset maximum cell voltage threshold (step S33). This maximum cell voltage threshold can be set in the same manner as the maximum cell voltage threshold of the first embodiment.
次いで、このステップS33において、最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値を超えている場合には(ステップS33のNo)、制御手段4は、電圧検出手段7(図1参照)の検出信号に基づいて前記したスタック電圧値を検出する。そして、制御手段4は、スタック電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下か否かを判定する(ステップS34)。なお、このスタック電圧閾値は、第2実施形態のスタック電圧閾値と同様に設定することができる。   Next, in step S33, when the maximum voltage value exceeds the preset maximum cell voltage threshold (No in step S33), the control unit 4 detects the detection signal of the voltage detection unit 7 (see FIG. 1). The stack voltage value is detected based on the above. Then, the control unit 4 determines whether or not the stack voltage value is equal to or less than a preset stack voltage threshold (step S34). The stack voltage threshold can be set in the same manner as the stack voltage threshold in the second embodiment.
次いで、このステップS34において、スタック電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値を超えている場合には(ステップS34のNo)、制御手段4は、燃料電池スタック1から出力規制手段2を介して出力が行われるように出力規制手段2に指令する(ステップS35)。また、制御手段4は、オンオフスイッチ9をオンにするように指令する。その結果、燃料電池スタック1が出力規制手段2を介して蓄電手段8及び負荷3に向かって出力するので、スタック電圧値がその出力とともに低減されていくと共に、単セル1aの電圧値は相対的に低減されていく。このとき出力規制手段2は、降圧型のものが使用されているので、出力規制手段2を介しての燃料電池スタック1の出力は、その電圧値が負荷3及び蓄電手段8への出力が進むにしたがって低下していく。   Next, when the stack voltage value exceeds the preset stack voltage threshold value in step S34 (No in step S34), the control means 4 outputs from the fuel cell stack 1 via the output restriction means 2. Is commanded to the output restricting means 2 (step S35). The control means 4 commands the on / off switch 9 to be turned on. As a result, the fuel cell stack 1 outputs toward the power storage means 8 and the load 3 via the output restricting means 2, so that the stack voltage value is reduced with the output and the voltage value of the single cell 1a is relatively Will be reduced. At this time, since the output regulating means 2 is a step-down type, the output of the fuel cell stack 1 via the output regulating means 2 has a voltage value that advances to the load 3 and the power storage means 8. It goes down according to.
そして、制御手段4は、蓄電手段8の電圧値を検出すると共に、スタック電圧値が蓄電手段の電圧値以上か否かを判定する(ステップS36)。その結果、スタック電圧値が蓄電手段8の電圧値以上の場合(ステップS36のYes)には、工程がステップS32に戻る。そして、最低電圧値が最低セル電圧閾値以上であり、かつ最高電圧値が最高セル電圧閾値以上であり、かつスタック電圧値がスタック電圧閾値以上であり、かつスタック電圧値が蓄電手段8の電圧値以上であるときには、ステップS32からステップS36が繰り返されることとなる。つまり、燃料電池スタック1から負荷3及び蓄電手段8への出力は継続されることとなる。そして、ステップS36において、スタック電圧値が蓄電手段8の電圧値未満の場合には(ステップS36のNo)、制御手段4は、オンオフスイッチ9をオフにする(ステップS37)。その結果、燃料電池スタック1から蓄電手段8への出力が停止されて蓄電手段8への充電は終了する。このときオンオフスイッチ9がオフになっているので、蓄電手段8から燃料電池スタック1への電流の逆流が防止されるので、この燃料電池システムFS2は、スタック電圧値、延いては各単セル1aの電圧値を効果的に低減させることができる。ちなみに、蓄電手段8から負荷3への放電は、オンオフスイッチ9がオフになっているので禁止されることとなる。   And the control means 4 detects the voltage value of the electrical storage means 8, and determines whether a stack voltage value is more than the voltage value of an electrical storage means (step S36). As a result, when the stack voltage value is equal to or higher than the voltage value of the power storage unit 8 (Yes in step S36), the process returns to step S32. The lowest voltage value is equal to or higher than the lowest cell voltage threshold, the highest voltage value is equal to or higher than the highest cell voltage threshold, the stack voltage value is equal to or higher than the stack voltage threshold, and the stack voltage value is a voltage value of the power storage unit 8. When this is the case, steps S32 to S36 are repeated. That is, the output from the fuel cell stack 1 to the load 3 and the power storage means 8 is continued. In step S36, when the stack voltage value is less than the voltage value of the power storage means 8 (No in step S36), the control means 4 turns off the on / off switch 9 (step S37). As a result, the output from the fuel cell stack 1 to the power storage means 8 is stopped, and the charging of the power storage means 8 ends. Since the on / off switch 9 is turned off at this time, the backflow of the current from the power storage means 8 to the fuel cell stack 1 is prevented, so that the fuel cell system FS2 has the stack voltage value, and thus each single cell 1a. Can be effectively reduced. Incidentally, the discharge from the power storage means 8 to the load 3 is prohibited because the on / off switch 9 is turned off.
そして、ステップS37の終了後には、工程はステップS32に戻る。そして、最低電圧値が最低セル電圧閾値以上であり、かつ最高電圧値が最高セル電圧閾値以上であり、かつスタック電圧値がスタック電圧閾値以上であるときには、既にスタック電圧値が蓄電手段8の電圧値未満になっているので、ステップS32からステップS37が繰り返されることとなる。つまり、燃料電池スタック1から蓄電手段8への出力が停止されたままで、燃料電池スタック1から負荷3への出力が継続されることとなる。その結果、スタック電圧値がその出力とともに低減されていくと共に、単セル1aの電圧値は相対的に低減されていく。   And after completion | finish of step S37, a process returns to step S32. When the lowest voltage value is equal to or higher than the lowest cell voltage threshold, the highest voltage value is equal to or higher than the highest cell voltage threshold, and the stack voltage value is equal to or higher than the stack voltage threshold, the stack voltage value is already the voltage of the power storage unit 8. Since it is less than the value, step S32 to step S37 are repeated. That is, the output from the fuel cell stack 1 to the load 3 is continued while the output from the fuel cell stack 1 to the power storage means 8 is stopped. As a result, the stack voltage value is reduced together with the output, and the voltage value of the single cell 1a is relatively reduced.
その一方で、ステップS31の終了後、あるいはステップS36のYesの場合、あるいは、ステップS37の終了後に、最低電圧値が最低セル電圧閾値以下の場合には(ステップS32のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から出力規制手段2を介しての出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS38)。その結果、単セル1a内に逆電流が生じて電極(アノード及びカソード)等に劣化が生ずる恐れは回避される。そして、このステップS38の終了後に、燃料電池システムFS2は停止する。   On the other hand, after the end of step S31, or in the case of Yes in step S36, or after the end of step S37, if the minimum voltage value is equal to or lower than the minimum cell voltage threshold (Yes in step S32), the control means 4 Then, the output restricting means 2 is controlled so that the output from the fuel cell stack 1 via the output restricting means 2 is stopped (step S38). As a result, the possibility that a reverse current is generated in the single cell 1a and the electrodes (anode and cathode) are deteriorated is avoided. And after completion | finish of this step S38, the fuel cell system FS2 stops.
また、ステップS33において、最高電圧値が最高セル電圧閾値以下の場合には(ステップS33のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から出力規制手段2を介しての出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS38)。その結果、単セル1aの電圧値が最高セル電圧閾値を超えて単セル1aが長時間放置されることはなく、電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、このステップS38の終了後に、燃料電池システムFS2は停止する。   In step S33, when the maximum voltage value is equal to or lower than the maximum cell voltage threshold value (Yes in step S33), the control unit 4 stops the output from the fuel cell stack 1 via the output regulation unit 2. The output restricting means 2 is controlled (step S38). As a result, the voltage value of the single cell 1a exceeds the maximum cell voltage threshold and the single cell 1a is not left for a long time, and the possibility that the catalytic activity contained in the electrodes (anode and cathode) is reduced is avoided. And after completion | finish of this step S38, the fuel cell system FS2 stops.
また、ステップS34において、スタック電圧値がスタック電圧閾値以下の場合には(ステップS34のYes)、制御手段4は、燃料電池スタック1から出力規制手段2を介しての出力が停止されるように出力規制手段2を制御する(ステップS38)。その結果、スタック電圧値がスタック電圧閾値を超えて長時間放置されることはなく、単セル1aの電極(アノード及びカソード)に含まれる触媒活性が低下する恐れは回避される。そして、このステップS38の終了後に、燃料電池システムFS1は停止する。   In step S34, when the stack voltage value is equal to or lower than the stack voltage threshold (Yes in step S34), the control unit 4 stops the output from the fuel cell stack 1 via the output regulation unit 2. The output restricting means 2 is controlled (step S38). As a result, the stack voltage value does not exceed the stack voltage threshold value and is not left for a long time, and the possibility that the catalyst activity contained in the electrodes (anode and cathode) of the single cell 1a is reduced is avoided. And after completion | finish of this step S38, the fuel cell system FS1 stops.
また、本実施形態に係る燃料電池システムFS2では、第1実施形態と同様に、燃料電池スタック1の単セル1aごとに負荷3を取り付ける必要がないので、燃料電池スタック1の製造工程を簡略化することができると共に、燃料電池スタック1のコンパクト化を図ることができる。   Further, in the fuel cell system FS2 according to the present embodiment, it is not necessary to attach the load 3 to each single cell 1a of the fuel cell stack 1 as in the first embodiment, so that the manufacturing process of the fuel cell stack 1 is simplified. In addition, the fuel cell stack 1 can be made compact.
また、本実施形態に係る燃料電池システムFS2では、蓄電手段8に電力が蓄えられるので、蓄えられた電力が補機に使用することが可能となる。   Further, in the fuel cell system FS2 according to the present embodiment, since electric power is stored in the power storage means 8, the stored electric power can be used for the auxiliary machine.
以上、本発明の第1実施形態乃至第4実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。前記第4実施形態では、出力規制手段2として、降圧型のものを使用したが、昇圧型の出力規制手段2を使用したものであってもよい。なお、この燃料電池システムFS2は、制御手段4がスタック電圧値と蓄電手段8の電圧値を比較することなく、ステップS32のYesの場合、あるいはステップS33のYesの場合、あるいはステップS34のYesの場合に、制御手段4がオンオフスイッチ9をオフにするように構成されればよい   Although the first to fourth embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. In the fourth embodiment, the step-down type is used as the output restricting means 2, but the step-up output restricting means 2 may be used. In the fuel cell system FS2, the control means 4 does not compare the stack voltage value with the voltage value of the power storage means 8, and if Yes in step S32, Yes in step S33, or Yes in step S34. In this case, the control means 4 may be configured to turn off the on / off switch 9.
また、前記第4実施形態では、制御手段4がステップS33及びステップS34の両工程を実行しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステップS33及びステップS34のいずれか一方の工程が省略されたものであってもよい。   Moreover, in the said 4th Embodiment, although the control means 4 is performing both processes of step S33 and step S34, this invention is not limited to this, Either one of step S33 and step S34 is performed. The process may be omitted.
また、前記第1実施形態、第3実施形態及び第4実施形態は、全ての単セル1aの中で最も高い電圧値を最高電圧値としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、全ての単セル1aから任意に選択された単セル1aのグループの中で最も高い電圧値を最高電圧値とするものであってもよい。   Moreover, although the said 1st Embodiment, 3rd Embodiment, and 4th Embodiment make the highest voltage value the highest voltage value in all the single cells 1a, this invention is not limited to this. For example, the highest voltage value may be set as the highest voltage value in the group of single cells 1a arbitrarily selected from all the single cells 1a.
また、本発明での出力規制手段の取り付け位置は、燃料電池スタックの出力を規制することができれば特に制限はなく、いずれの位置に取り付けられていてもよい。例えば、図5に示すように、本発明は、燃料電池スタック1と負荷3と蓄電手段8とを相互に繋ぐ導線が交わった接点から蓄電手段8側寄りの導線に配置された出力規制手段2aを有するものであってもよいし、前記接点から負荷3側寄りの導線に配置された出力規制手段2bを有するものであってもよい。   Further, the attachment position of the output restricting means in the present invention is not particularly limited as long as the output of the fuel cell stack can be restricted, and may be attached at any position. For example, as shown in FIG. 5, in the present invention, the output regulating means 2a disposed on the lead wire closer to the power storage means 8 from the contact point where the lead wires connecting the fuel cell stack 1, the load 3 and the power storage means 8 cross each other. Or an output restricting means 2b disposed on the lead wire closer to the load 3 from the contact point.
第1実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第1実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell system concerning a 4th embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment.
符号の説明Explanation of symbols
1 燃料電池スタック
1a 単セル
2 出力規制手段
2a 出力規制手段
2b 出力規制手段
3 負荷
4 制御手段
5 水素供給装置
6 空気供給装置
7 電圧検出手段
FS1 燃料電池システム
FS2 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 1a Single cell 2 Output control means 2a Output control means 2b Output control means 3 Load 4 Control means 5 Hydrogen supply device 6 Air supply device 7 Voltage detection means FS1 Fuel cell system FS2 Fuel cell system

Claims (7)

  1. 複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、
    前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続された負荷と、
    前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
    前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記複数の単セルの電圧値のうちの最高電圧値が、予め設定された最高セル電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記負荷に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記負荷への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。
    A fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and is supplied with a reaction gas to generate electricity;
    Output regulating means for regulating output from the fuel cell stack;
    A load electrically connected to the fuel cell stack via the output regulating means;
    A fuel cell system comprising control means for controlling the output restriction means,
    When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means has a maximum voltage value among the voltage values of the plurality of single cells equal to or lower than a preset maximum cell voltage threshold value. The fuel cell system is characterized in that the output regulating means is controlled so as to stop the output from the fuel cell stack to the load after the fuel cell stack has output to the load.
  2. 複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、
    前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続された負荷と、
    前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
    前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記燃料電池スタックの電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記負荷に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記負荷への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。
    A fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and is supplied with a reaction gas to generate electricity;
    Output regulating means for regulating output from the fuel cell stack;
    A load electrically connected to the fuel cell stack via the output regulating means;
    A fuel cell system comprising control means for controlling the output restriction means,
    When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means applies the fuel cell stack to the load until the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than a preset stack voltage threshold value. The fuel cell system, wherein after the output is performed, the output restriction unit is controlled to stop the output from the fuel cell stack to the load.
  3. 前記制御手段が、前記複数の単セルの電圧値のうちの最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下になったときに、前記燃料電池スタックから前記負荷への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。   The control means stops the output from the fuel cell stack to the load when a minimum voltage value among the voltage values of the plurality of single cells is equal to or lower than a preset minimum cell voltage threshold value. The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the output regulating means is controlled.
  4. 複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、
    前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続されて前記燃料電池スタックが発電した電力を蓄える蓄電手段と、
    前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
    前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記複数の単セルの電圧値のうちの最高電圧値が予め設定された最高セル電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記蓄電手段に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記前記蓄電手段への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。
    A fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and is supplied with a reaction gas to generate electricity;
    Output regulating means for regulating output from the fuel cell stack;
    Power storage means for storing the power generated by the fuel cell stack, which is electrically connected to the fuel cell stack via the output restriction means;
    A fuel cell system comprising control means for controlling the output restriction means,
    When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means until the highest voltage value among the voltage values of the plurality of single cells becomes equal to or lower than a preset highest cell voltage threshold value. The fuel cell system, wherein the output regulating unit is controlled to stop the output from the fuel cell stack to the power storage unit after the power storage unit performs output from the fuel cell stack.
  5. 複数の単セルが積層されて形成され、反応ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックからの出力を規制する出力規制手段と、
    前記燃料電池スタックに前記出力規制手段を介して電気的に接続されて前記燃料電池スタックが発電した電力を蓄える蓄電手段と、
    前記出力規制手段を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
    前記制御手段は、前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給が停止された際に、前記燃料電池スタックの電圧値が予め設定されたスタック電圧閾値以下になるまで前記燃料電池スタックから前記蓄電手段に出力を行わせた後に、前記燃料電池スタックから前記蓄電手段への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。
    A fuel cell stack that is formed by laminating a plurality of single cells and is supplied with a reaction gas to generate electricity;
    Output regulating means for regulating output from the fuel cell stack;
    Power storage means for storing the power generated by the fuel cell stack, which is electrically connected to the fuel cell stack via the output restriction means;
    A fuel cell system comprising control means for controlling the output restriction means,
    When the supply of the reaction gas to the fuel cell stack is stopped, the control means is configured to store the power storage means from the fuel cell stack until the voltage value of the fuel cell stack becomes equal to or lower than a preset stack voltage threshold value. The fuel cell system is characterized in that the output regulating means is controlled so as to stop the output from the fuel cell stack to the power storage means after the output is performed.
  6. 前記制御手段が、前記複数の単セルの電圧値のうちの最低電圧値が予め設定された最低セル電圧閾値以下である際に、前記燃料電池スタックから前記蓄電手段への出力を停止するように前記出力規制手段を制御することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の燃料電池システム。   The control means stops output from the fuel cell stack to the power storage means when the lowest voltage value of the voltage values of the plurality of single cells is equal to or lower than a preset lowest cell voltage threshold value. The fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein the output regulating means is controlled.
  7. 前記蓄電手段が、降圧型の前記出力規制手段にオンオフスイッチを介して接続されており、前記制御手段が、前記燃料電池スタックの電圧値が前記蓄電手段の電圧値以下になった際に、前記オンオフスイッチをオフにすることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   The power storage means is connected to the step-down output regulation means via an on / off switch, and the control means is configured to output the fuel cell stack when the voltage value is equal to or lower than the voltage value of the power storage means. The fuel cell system according to any one of claims 4 to 6, wherein the on / off switch is turned off.
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