JP2006190571A - Control device for fuel cell - Google Patents

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Shigetaka Hamada
成孝 濱田
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate a flooding at anode side without switching a flow passage between an anode and a cathode. <P>SOLUTION: On the control device for the fuel cell generating power by fuel gas supplied to anode side of a membrane-electrode assembly and oxidizer supplied to cathode side, when it is judged that a flooding is generated at anode side while operating the fuel cell 20, the fuel cell 20 is operated in a state of reducing the actual supply amount of the air below that corresponding to a target power supply amount. At this time, hydrogen generated at cathode side of the fuel cell 20 may be circulated toward anode side. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池の制御装置に係り、特に、アノード側でのフラッディングの解消に有効な技術に関する。   The present invention relates to a control device for a fuel cell, and more particularly to a technique effective for eliminating flooding on the anode side.

例えば固体高分子電解質型の燃料電池では、アノード側で水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜を通ってカソード側に移動し、カソード側で酸素と水素イオンおよび電子から水を生成する反応が行われる。この生成水が電解質膜を通ってアノード側に拡散（移動）し、アノード側の拡散水が過量（フラッディング）になると、特にセル積層方向端部側のセル電圧が低下して発電不能となる。特許文献１には、再起動に最適な水分分布をアノードとカソードとの間に形成する技術が開示されている。
特開２００４−１７９０８６号公報 For example, in a solid polymer electrolyte fuel cell, hydrogen is converted into hydrogen ions and electrons on the anode side, the hydrogen ions move to the cathode side through the electrolyte membrane, and oxygen, hydrogen ions and electrons on the cathode side. The reaction to produce water from is performed. When this generated water diffuses (moves) to the anode side through the electrolyte membrane and the diffusion water on the anode side becomes excessive (flooding), the cell voltage particularly at the end in the cell stacking direction is lowered and power generation becomes impossible. Patent Document 1 discloses a technique for forming a moisture distribution optimal for restarting between an anode and a cathode.
JP 2004-179086 A

この特許文献１の技術は、水素イオンの移動に伴う電気随伴水の移動を利用して、カソード側の生成水をアノード側に移動させるものであるから、燃料電池への燃料ガス供給を通常運転時のアノード側からカソード側へと切り替えるための管路や弁が必要となり、燃料電池システムの構成が複雑になるという課題がある。   Since the technology of this Patent Document 1 uses the movement of water associated with the movement of hydrogen ions to move the generated water on the cathode side to the anode side, the fuel gas supply to the fuel cell is normally operated. There is a problem that a pipe line and a valve for switching from the anode side to the cathode side are necessary, and the configuration of the fuel cell system becomes complicated.

そこで、本発明は、アノード−カソード間の流路切替無しに、アノード側でのフラッディングを解消することのできる燃料電池の制御装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell control device that can eliminate flooding on the anode side without switching the flow path between the anode and the cathode.

本発明に係る燃料電池の制御装置は、膜−電極接合体のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤が供給されて発電する燃料電池の制御装置であって、燃料電池がその運転中に所定の状態にあると判定された場合に、目標発電量に対応する酸化剤供給量よりも実際の酸化剤供給量を低減させた状態で燃料電池を発電させる。   The fuel cell control device according to the present invention is a fuel cell control device that generates power by supplying fuel gas to the anode side of the membrane-electrode assembly and oxidant to the cathode side, and the fuel cell is in operation. When it is determined that the fuel cell is in the predetermined state, the fuel cell is caused to generate power in a state where the actual oxidant supply amount is lower than the oxidant supply amount corresponding to the target power generation amount.

また、本発明に係る他の燃料電池の制御装置は、膜−電極接合体のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤が供給されて発電する燃料電池の制御装置であって、燃料電池がその停止中に所定の状態にあると判定された場合に、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が運転時の設定よりも低くなるように酸化剤供給量を低減させた状態で燃料電池を発電させる。   Further, another fuel cell control device according to the present invention is a fuel cell control device for generating power by supplying fuel gas to the anode side of the membrane-electrode assembly and supplying an oxidant to the cathode side. The fuel cell in a state where the oxidant supply amount is reduced so that the ratio of the oxidant supply amount / fuel gas supply amount is lower than the setting during operation when it is determined that the fuel cell is in a predetermined state during the stoppage. To generate electricity.

これらの構成において、所定の状態とは、例えば、燃料電池のアノード側にフラッディングが生じている状態、あるいは、フラッディングが生じていると予想される状態である。アノード側にフラッディングが生じている状態は、例えば、燃料電池の測定電圧（セル電圧）が所定値以下に低下したときや、所定値を超える振幅の電圧変化が不規則に繰り返されているとき等に判定される。   In these configurations, the predetermined state is, for example, a state in which flooding occurs on the anode side of the fuel cell, or a state in which flooding is expected to occur. The state where flooding occurs on the anode side is, for example, when the measured voltage (cell voltage) of the fuel cell drops below a predetermined value, or when a voltage change with an amplitude exceeding the predetermined value is repeated irregularly. Is determined.

一方、アノード側にフラッディングが生じていると予想される状態は、例えば、燃料電池の運転停止から所定時間以上経過しているとき等に判定される。燃料電池がこれら所定の状態にあると判定された場合は、カソード側への酸化剤供給を減らすだけでなく、酸化剤供給を完全に断ってもよい。燃料電池のアノード側に供給される燃料ガスの量（絶対量）は、前記判定の結果にかかわらず同じとしてもよい。   On the other hand, a state where flooding is expected to occur on the anode side is determined, for example, when a predetermined time or more has passed since the fuel cell was stopped. When it is determined that the fuel cell is in these predetermined states, not only the oxidant supply to the cathode side is reduced, but the oxidant supply may be completely cut off. The amount (absolute amount) of fuel gas supplied to the anode side of the fuel cell may be the same regardless of the result of the determination.

以上の構成によれば、アノード−カソード間の流路切替無しに、アノード側に存在する水（例えば、カソード側の生成水がカソード側に拡散してきた拡散水）を電気随伴水としてカソード側に移動させることが可能となる。例えば、燃料ガスとして水素ガスを用いた場合には、図２に示すように、アノード側では水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンが膜−電極接合体を通ってカソード側に移動する。その際の電気随伴水として、アノード側の水はカソード側へと移動する。   According to the above configuration, without switching the flow path between the anode and the cathode, water existing on the anode side (for example, diffusion water in which the produced water on the cathode side diffuses to the cathode side) is supplied to the cathode side as electric accompanying water. It can be moved. For example, when hydrogen gas is used as the fuel gas, as shown in FIG. 2, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions and electrons is performed on the anode side, and the hydrogen ions pass through the membrane-electrode assembly to the cathode side. Move to. At that time, the water on the anode side moves to the cathode side as the electric accompanying water.

本発明に係る燃料電池の制御装置においては、酸化剤供給量を低減させた状態での発電に伴い燃料電池のカソード側で発生した水素をアノード側へ還流させてもよい。   In the fuel cell control device according to the present invention, hydrogen generated on the cathode side of the fuel cell in accordance with power generation in a state where the oxidant supply amount is reduced may be recirculated to the anode side.

燃料ガスとして水素ガスを用いた場合には、上述したとおり、アノード側では水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンが膜−電極接合体を通ってカソード側に移動する。このカソード側においては、図３に示す通常の燃料電池反応であれば、水素イオンと酸化剤と電子とから水を生成する反応が行われるが、本発明では、目標発電量に対応する酸化剤供給量よりも実際の酸化剤供給量を減らしているので、余剰水素イオンと電子が反応して水素が発生する。よって、この水素をアノード側に還流すれば、燃料電池の運転中にあっては、アノード側に供給した水素の一部を再利用することが可能となり、燃料電池の停止中にあっては、無駄な水素消費を抑制することが可能となる。   When hydrogen gas is used as the fuel gas, as described above, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions and electrons is performed on the anode side, and the hydrogen ions move to the cathode side through the membrane-electrode assembly. On the cathode side, in the normal fuel cell reaction shown in FIG. 3, a reaction for generating water from hydrogen ions, an oxidant and electrons is performed. In the present invention, an oxidant corresponding to a target power generation amount is used. Since the actual supply amount of the oxidant is reduced rather than the supply amount, surplus hydrogen ions and electrons react to generate hydrogen. Therefore, if this hydrogen is recirculated to the anode side, it becomes possible to reuse a part of the hydrogen supplied to the anode side during the operation of the fuel cell, and when the fuel cell is stopped, It is possible to suppress wasteful hydrogen consumption.

本発明に係る燃料電池の制御装置は、膜−電極接合体のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤の供給を受けて発電する燃料電池の制御装置であって、アノード極側の水分量が所定の量よりも多いか否かを判定し、前記判定結果が否定的な場合には、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が第１の比となるよう酸化剤および燃料ガスを供給し、前記判定結果が肯定的な場合には、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が第１の比よりも小なる第２の比にて酸化剤および燃料ガスを供給する構成としてもよい。   A fuel cell control device according to the present invention is a fuel cell control device that generates power by receiving supply of fuel gas on the anode side of the membrane-electrode assembly and supply of oxidant on the cathode side. Is greater than a predetermined amount, and if the result of the determination is negative, the oxidant and fuel gas are adjusted so that the ratio of oxidant supply amount / fuel gas supply amount becomes the first ratio. If the determination result is affirmative, the oxidant and the fuel gas are supplied at a second ratio in which the ratio of the oxidant supply amount / fuel gas supply amount is smaller than the first ratio. Also good.

このような構成によっても、アノード−カソード間の流路切替無しに、アノード極側に存在する水を電気随伴水としてカソード極側に移動させることが可能となる。   Even with such a configuration, water existing on the anode electrode side can be moved to the cathode electrode side as electric accompanying water without switching the flow path between the anode and the cathode.

本発明によれば、アノード−カソード間の流路切替無しに、アノード側に存在する水を電気随伴水としてカソード側に移動させることが可能となる。これにより、アノード側でのフラッディングが解消し、発電性能の低下が未然に防止される。   According to the present invention, water existing on the anode side can be moved to the cathode side as electric accompanying water without switching the flow path between the anode and the cathode. As a result, flooding on the anode side is eliminated, and power generation performance is prevented from being lowered.

図１は、本発明の一実施の形態による燃料電池の制御装置を備えた燃料電池システムを示す概略構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池車両の車載発電システムに適用可能である他、例えば定置用発電システムへの適用が可能である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system including a fuel cell control device according to an embodiment of the present invention. This fuel cell system can be applied to an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle, and can be applied to, for example, a stationary power generation system.

同図に示すように、酸化ガス（酸化剤）としての例えば空気（外気）は、空気供給路１１を介して燃料電池２０のカソード入口側に供給される。空気供給路１１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタ、空気を加圧するコンプレッサ１２、燃料電池２０に空気を供給しあるいは供給を停止する空気供給バルブ１３等が設けられている。コンプレッサ１２は、補機モータ（負荷）によって駆動される。排気路１５には、排気圧を検出する圧力センサ、及び圧力調整弁等が設けられている。   As shown in the figure, for example, air (outside air) as an oxidizing gas (oxidant) is supplied to the cathode inlet side of the fuel cell 20 via the air supply path 11. The air supply path 11 is provided with an air filter that removes particulates from the air, a compressor 12 that pressurizes the air, an air supply valve 13 that supplies air to the fuel cell 20 or stops supply, and the like. The compressor 12 is driven by an auxiliary motor (load). The exhaust passage 15 is provided with a pressure sensor for detecting the exhaust pressure, a pressure adjusting valve, and the like.

燃料ガスとしての例えば水素ガスは、水素供給源３０から燃料供給路３１を介して燃料電池２０のアノード入口側に供給される。水素供給源３０は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。   For example, hydrogen gas as the fuel gas is supplied from the hydrogen supply source 30 to the anode inlet side of the fuel cell 20 through the fuel supply path 31. The hydrogen supply source 30 corresponds to, for example, a high-pressure hydrogen tank, but may be a so-called fuel reformer, a hydrogen storage alloy, or the like.

燃料供給路３１には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する水素供給バルブ、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する少なくとも１つの調圧弁、燃料電池２０のアノード側入口と燃料供給路３１とを連通／遮断するＦＣ入口弁等が設けられている。   The fuel supply path 31 includes a hydrogen supply valve that supplies hydrogen from the hydrogen supply source 30 or stops the supply, at least one pressure adjustment valve that adjusts the supply pressure of hydrogen gas to the fuel cell 20 by reducing the pressure, and the fuel cell 20. An FC inlet valve for communicating / blocking the anode side inlet and the fuel supply path 31 is provided.

燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路３５に排出され、燃料供給路３１に戻される。水素循環路３５には、燃料電池２０のアノード側出口と水素循環路３５を連通／遮断するＦＣ出口弁、水素オフガスから水分を回収する気液分離器、水素オフガスを加圧する水素ポンプ３６等が設けられている。水素循環路３５は、パージ弁を介して排気路に接続されており、水素オフガスは適宜外部に排出（パージ）される。   The hydrogen gas that has not been consumed in the fuel cell 20 is discharged as a hydrogen off-gas to the hydrogen circulation path 35 and returned to the fuel supply path 31. The hydrogen circulation path 35 includes an FC outlet valve for communicating / blocking the anode outlet of the fuel cell 20 and the hydrogen circulation path 35, a gas-liquid separator for recovering moisture from the hydrogen off gas, a hydrogen pump 36 for pressurizing the hydrogen off gas, and the like. Is provided. The hydrogen circulation path 35 is connected to an exhaust path via a purge valve, and the hydrogen off-gas is appropriately discharged (purged) to the outside.

水素循環路３５には、排気路１５中に含まれる水素ガスを燃料電池２０のアノード側に還流させるための還流路４１が接続されている。燃料電池２０のカソード側からのオフガスは、図示しない流路切替弁によって、排気路１５を通ってそのまま外部に排出される場合と、還流路４１から水素循環路３５に合流して燃料供給路３１に還流される場合とがある。この流路切替弁は、制御部６０によって制御される。   The hydrogen circulation path 35 is connected to a reflux path 41 for refluxing the hydrogen gas contained in the exhaust path 15 to the anode side of the fuel cell 20. The off-gas from the cathode side of the fuel cell 20 is discharged to the outside as it is through the exhaust path 15 by a flow path switching valve (not shown), and is joined to the hydrogen circulation path 35 from the reflux path 41 to the fuel supply path 31. May be refluxed. The flow path switching valve is controlled by the control unit 60.

燃料電池２０は、燃料ガスと酸化ガスが供給されると下記式１，２の電気化学反応（図３参照）により発電するセルを所要数積層した燃料電池スタックとして構成されている。セルは、ＭＥＡ（膜−電極接合体）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータとを備えて構成されている。ＭＥＡは、高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜を両面から挟んだ一対の電極（アノードおよびカソード）とで構成されている。   The fuel cell 20 is configured as a fuel cell stack in which a required number of cells that generate electric power by electrochemical reactions of the following formulas 1 and 2 (see FIG. 3) when a fuel gas and an oxidizing gas are supplied are stacked. The cell includes an MEA (membrane-electrode assembly) and a pair of separators that sandwich the MEA. The MEA includes an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane made of a polymer material and a pair of electrodes (anode and cathode) sandwiching the electrolyte membrane from both sides.

アノード側：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …式１
カソード側：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ …式２
燃料電池２０には、各セルあるいは所定数のセル群ごとのセル電圧をするためのセル電圧モニタ５０が設けられている。セル電圧モニタ５０の検出信号は、制御部６０に送られる。 Anode side: H 2 → 2H + + 2e- ... Formula 1
Cathode side: 2H + + 2e− (1/2) O 2 → H 2 O Formula 2
The fuel cell 20 is provided with a cell voltage monitor 50 for making a cell voltage for each cell or a predetermined number of cell groups. The detection signal of the cell voltage monitor 50 is sent to the control unit 60.

燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは車両の駆動モータ（負荷）を駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類（負荷）を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。図１では、これらの負荷を一纏めにして負荷７１として図示しており、遮断スイッチ７２により燃料電池２０と接続される。   The electric power generated by the fuel cell 20 is supplied to a power control unit (not shown). The power control unit consists of an inverter that drives the drive motor (load) of the vehicle, an inverter that drives various auxiliary machines (loads) such as a compressor motor and a motor for a hydrogen pump, and charging and recharging of the secondary battery. DC-DC converter etc. which supply electric power to motors from are provided. In FIG. 1, these loads are collectively shown as a load 71, and are connected to the fuel cell 20 by a cutoff switch 72.

制御部（制御装置）６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの制御コンピュータシステムによって構成されている。制御部６０は、出力要求に応じて燃料電池２０とバッテリとの出力配分を決定し、燃料電池２０の目標発電量に対応する空気及び水素ガスが当該燃料電池２０に供給されるよう、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。   The control unit (control device) 60 is configured by a control computer system such as a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, and display. The control unit 60 determines the output distribution between the fuel cell 20 and the battery according to the output request, and each part of the system so that air and hydrogen gas corresponding to the target power generation amount of the fuel cell 20 are supplied to the fuel cell 20. Control the operation of valves and motors.

この制御部６０は、セル電圧モニタ５０の検出信号に基づいて、アノード側にフラッディングが生じていることを検知した場合、あるいは、例えば運転を停止して長時間放置した時のように、フラッディングによるセル電圧低下が予想される場合には、空気供給バルブ１３を閉じ、コンプレッサ１２から燃料電池２０のカソード側への空気供給を停止する。燃料電池２０のアノード側については、目標発電量に対応する水素ガスの燃料電池２０への供給を引き続き維持する。   Based on the detection signal from the cell voltage monitor 50, the control unit 60 detects that flooding has occurred on the anode side, or, for example, when the operation is stopped and left for a long time. When the cell voltage drop is expected, the air supply valve 13 is closed and the air supply from the compressor 12 to the cathode side of the fuel cell 20 is stopped. On the anode side of the fuel cell 20, the supply of hydrogen gas corresponding to the target power generation amount to the fuel cell 20 is continued.

すると、燃料電池２０のアノード側では、上記式１の反応によって水素イオンが生成される。アノード側には、定常運転時に上記式２の反応によって生成されたカソード側の水が電解質膜中を移動してアノード側に拡散しており、アノード側の水素イオンは、このカソード側からアノード側に拡散した拡散水を電気随伴水として、電解質膜を通ってカソード側に移動する。   Then, on the anode side of the fuel cell 20, hydrogen ions are generated by the reaction of the above formula 1. On the anode side, water on the cathode side generated by the reaction of the above formula 2 during steady operation moves through the electrolyte membrane and diffuses to the anode side, and hydrogen ions on the anode side are transferred from the cathode side to the anode side. The diffused water diffused in the water moves to the cathode side through the electrolyte membrane as electric accompanying water.

一方、カソード側では、電解質膜を通ってアノード側から移動してきた水素イオンと、負荷７１を含む外部回路７３を通ってアノード側から移動してきた電子とによる下記式３の反応によって水素が生成され、発電が行われる。   On the other hand, on the cathode side, hydrogen is generated by the reaction of the following formula 3 by hydrogen ions that have moved from the anode side through the electrolyte membrane and electrons that have moved from the anode side through the external circuit 73 including the load 71. Power generation is performed.

カソード側：２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2 …式３
このとき、カソード側には空気が供給されていないため（図２参照）、上記式２の反応は起きず、カソード側に水が生成されることはない。つまり、定常運転時のように、濃度差によるカソード側からアノード側への生成水の拡散（移動）はないので、燃料電池２０内では、アノード側の生成水が電気随伴水としてカソード側に順次移動する。 Cathode side: 2H + + 2e− → H 2 Formula 3
At this time, since air is not supplied to the cathode side (see FIG. 2), the reaction of the above formula 2 does not occur, and water is not generated on the cathode side. In other words, there is no diffusion (movement) of the generated water from the cathode side to the anode side due to the concentration difference as in the steady operation, so that the generated water on the anode side is sequentially supplied to the cathode side as electric accompanying water in the fuel cell 20. Moving.

制御部６０は、セル電圧モニタ５０の出力信号を監視しながら、アノード側の拡散水がフラッディングによる電圧低下の原因とならない程度にまで、燃料電池２０に上記式３の反応（発電）を継続させる。これにより、セル電圧の低下を未然に防ぐことが可能となる。また、発電に伴い発生した電力は、車両内の二次バッテリに充電したり、家のガレージに車両を駐車させておく場合には家庭用電源として供給してもよい。   While monitoring the output signal of the cell voltage monitor 50, the control unit 60 causes the fuel cell 20 to continue the reaction (power generation) of Formula 3 to the extent that the anode-side diffusion water does not cause a voltage drop due to flooding. . Thereby, it is possible to prevent the cell voltage from decreasing. In addition, the electric power generated by the power generation may be supplied to a secondary battery in the vehicle or supplied as a household power source when the vehicle is parked in a house garage.

なお、制御部６０からの制御指令に基づき不図示の流路切替弁を切り替えることによって、燃料電池２０のカソード側からのオフガス、つまり、上記式３の反応により発生した水素を含有するオフガスを還流路４１から水素循環路３５に合流させ、燃料供給路３１から燃料電池２０のアノードへと還流させてもよい。かかる場合には、水素消費量の低減を図ることができる。   In addition, by switching a not-shown flow path switching valve based on a control command from the control unit 60, the off-gas from the cathode side of the fuel cell 20, that is, the off-gas containing hydrogen generated by the reaction of Equation 3 is recirculated. It may be joined from the path 41 to the hydrogen circulation path 35 and refluxed from the fuel supply path 31 to the anode of the fuel cell 20. In such a case, the hydrogen consumption can be reduced.

＜他の実施形態＞
上記実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明をこれに限定するものではなく、その要旨を逸脱しない限り各種構成部品を適宜設計することができる。例えば、上記実施形態では、アノード側の拡散水を電気随伴水としてカソード側に移動させるために、カソードへの空気供給を完全に断っているが、カソードへの実際の空気供給量を燃料電池２０の目標発電量に対応する空気供給量よりも減らすこととしてもよい。 <Other embodiments>
The above embodiment is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to this. Various components can be appropriately designed without departing from the gist thereof. For example, in the above embodiment, in order to move the diffusion water on the anode side to the cathode side as the electric accompanying water, the air supply to the cathode is completely cut off, but the actual air supply amount to the cathode is changed to the fuel cell 20. The air supply amount corresponding to the target power generation amount may be reduced.

かかる構成においては、上記式２によってカソード側に水が生成されるものの、カソードに供給する空気供給量を減らせば、カソード側における生成水の量も減るため、アノード側に存在する拡散水を電気随伴水としてカソード側に移動させることができる。カソードへの空気供給量を減らす代わりに、供給酸素濃度（酸化剤濃度）を低くしても同様である。   In such a configuration, although water is generated on the cathode side according to the above equation 2, if the amount of air supplied to the cathode is reduced, the amount of generated water on the cathode side is also reduced. It can be moved to the cathode side as accompanying water. This is the same even if the supply oxygen concentration (oxidant concentration) is lowered instead of reducing the air supply amount to the cathode.

また、上記実施形態は、燃料電池２０がその運転中に所定の状態にあると判定された場合に、目標発電量に対応する空気供給量よりも実際の空気供給量を低減させた状態で発電させるようにしていたが、燃料電池がその停止中に同様の状態にあると判定された場合に、燃料ガスを燃料電池のアノード側に供給しつつ、カソード側には酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が運転時の設定よりも低くなるように酸化剤を供給するか、あるいは全く供給しない状態で、燃料電池を発電させるようにしてもよい。   In the above embodiment, when it is determined that the fuel cell 20 is in a predetermined state during its operation, power generation is performed in a state where the actual air supply amount is lower than the air supply amount corresponding to the target power generation amount. However, when it is determined that the fuel cell is in the same state during its stoppage, the fuel gas is supplied to the anode side of the fuel cell while the oxidant supply amount / fuel gas is supplied to the cathode side. The fuel cell may be caused to generate electric power in a state where the oxidant is supplied or not supplied at all so that the ratio of the supply amount becomes lower than the setting at the time of operation.

さらに、空気供給バルブ１３は必ずしも必須の構成ではなく、空気供給バルブ１３を備えない構成下においては、コンプレッサ１２を停止させることにより、カソードへの空気供給を停止してもよい。また、空気供給バルブ１３を設ける代わりに、酸化剤濃度を低下させる膜やフィルタ等を備えたバイパス流路を空気供給路１１に設け、酸化剤供給源からの酸化剤をこのバイパス流路に流通させて燃料電池に供給してもよい。   Furthermore, the air supply valve 13 is not necessarily an essential configuration. In a configuration without the air supply valve 13, the air supply to the cathode may be stopped by stopping the compressor 12. Further, instead of providing the air supply valve 13, a bypass flow path provided with a film, a filter or the like for reducing the oxidant concentration is provided in the air supply path 11, and the oxidant from the oxidant supply source is circulated through the bypass flow path. The fuel cell may be supplied.

さらにまた、制御部（制御装置）６０は、アノード極側の水分量が所定の量よりも多いか否かを例えばセル電圧モニタ５０の検出信号等に基づき判定し、該判定結果が否定的な場合には、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が第１の比となるよう酸化剤および燃料ガスを供給し、前記判定結果が肯定的な場合には、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が第１の比よりも小なる第２の比にて酸化剤および燃料ガスを供給する構成としてもよい。この構成において、前記判定結果にかかわらず、燃料電池のアノード極側に供給される燃料ガスの量（絶対量）は同じであってもよい。   Furthermore, the control unit (control device) 60 determines whether or not the amount of moisture on the anode electrode side is larger than a predetermined amount based on, for example, the detection signal of the cell voltage monitor 50, and the determination result is negative. In this case, the oxidant and the fuel gas are supplied so that the ratio of the oxidant supply amount / fuel gas supply amount becomes the first ratio. If the determination result is affirmative, the oxidant supply amount / fuel gas is supplied. A configuration may be adopted in which the oxidant and the fuel gas are supplied at a second ratio in which the ratio of the supply amounts is smaller than the first ratio. In this configuration, the amount (absolute amount) of fuel gas supplied to the anode side of the fuel cell may be the same regardless of the determination result.

本発明の一実施の形態による燃料電池の制御装置を含む燃料電池システムの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system including a fuel cell control device according to an embodiment of the present invention. 本発明によってアノード側のフラッディングを解消することができる原理を説明する模式図。The schematic diagram explaining the principle which can eliminate the flooding of the anode side by this invention. 定常運転時における燃料電池の電気化学的反応を示す模式図。The schematic diagram which shows the electrochemical reaction of the fuel cell at the time of steady operation.

符号の説明Explanation of symbols

２０…燃料電池、１２…コンプレッサ、１３…空気供給バルブ、３０…水素供給源、４１…還流路、５０…セル電圧モニタ、６０…制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel cell, 12 ... Compressor, 13 ... Air supply valve, 30 ... Hydrogen supply source, 41 ... Recirculation path, 50 ... Cell voltage monitor, 60 ... Control part

Claims (5)

膜−電極接合体のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤が供給されて発電する燃料電池の制御装置であって、
燃料電池がその運転中に所定の状態にあると判定された場合に、目標発電量に対応する酸化剤供給量よりも実際の酸化剤供給量を低減させた状態で燃料電池を発電させる燃料電池の制御装置。 A fuel cell control device for generating power by supplying fuel gas to the anode side of the membrane-electrode assembly and supplying an oxidant to the cathode side,
When the fuel cell is determined to be in a predetermined state during its operation, the fuel cell causes the fuel cell to generate power in a state where the actual oxidant supply amount is lower than the oxidant supply amount corresponding to the target power generation amount Control device. 膜−電極接合体のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤が供給されて発電する燃料電池の制御装置であって、
燃料電池がその停止中に所定の状態にあると判定された場合に、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が運転時の設定よりも低くなるように酸化剤供給量を低減させた状態で燃料電池を発電させる燃料電池の制御装置。 A fuel cell control device for generating power by supplying fuel gas to the anode side of the membrane-electrode assembly and supplying an oxidant to the cathode side,
A state in which the oxidant supply amount is reduced so that the ratio of the oxidant supply amount / fuel gas supply amount becomes lower than the setting during operation when it is determined that the fuel cell is in a predetermined state during the stoppage. A fuel cell control device for generating power from a fuel cell. 前記所定の状態とは、燃料電池のアノード側にフラッディングが生じている状態、あるいは、フラッディングが生じていると予想される状態である請求項１又は２に記載の燃料電池の制御装置。   3. The fuel cell control device according to claim 1, wherein the predetermined state is a state in which flooding occurs on the anode side of the fuel cell or a state in which flooding is expected to occur. 4. 前記発電に伴い燃料電池のカソード側で発生した水素をアノード側へ還流させる請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。   The fuel cell control device according to claim 1, wherein hydrogen generated on the cathode side of the fuel cell accompanying the power generation is recirculated to the anode side. 膜−電極接合体のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤の供給を受けて発電する燃料電池の制御装置であって、
アノード極側の水分量が所定の量よりも多いか否かを判定し、
前記判定結果が否定的な場合には、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が第１の比となるよう酸化剤および燃料ガスを供給し、
前記判定結果が肯定的な場合には、酸化剤供給量／燃料ガス供給量の比が第１の比よりも小なる第２の比にて酸化剤および燃料ガスを供給する
燃料電池の制御装置。 A fuel cell control device for generating power by receiving supply of fuel gas on the anode side of the membrane-electrode assembly and supply of oxidant on the cathode side,
Determine whether the amount of moisture on the anode side is greater than a predetermined amount,
When the determination result is negative, the oxidant and the fuel gas are supplied so that the ratio of the oxidant supply amount / fuel gas supply amount becomes the first ratio,
When the determination result is affirmative, the control device for the fuel cell supplies the oxidant and the fuel gas at a second ratio in which the ratio of the oxidant supply amount / fuel gas supply amount is smaller than the first ratio. .
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