JP2006294497A

JP2006294497A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2006294497A
Application number: JP2005115669A
Authority: JP
Inventors: Masashi Matoba; 雅司的場
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce cross leak amount and suppress drop in power generation performance of a fuel cell stack caused by heat of reaction of cross leaked hydrogen and oxygen. <P>SOLUTION: When the receiving heat amount of a coolant is the heat generation amount or more of the fuel cell stack, a system controller 27 decides that cross leak is generated, and controls at least one of the pressure on a anode 1 side and the pressure on a cathode 2 side. Thereby, since differential pressure between the pressure on the anode 1 side and the that on the cathode 2 side can be decreased, the cross leak amount is decreased and drop in power generation performance of the fuel cell stack caused by heat of reaction between the cross leaked hydrogen and oxygen can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を複数有する燃料電池スタックを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack having a plurality of fuel cells that generate electricity by receiving supply of fuel gas and oxidant gas to an anode and a cathode, respectively.

従来より、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を複数有する燃料電池スタックを備える燃料電池システムが知られており、このような燃料電池システムは、燃料電池の極間電位差が基準電位差以下になった場合、燃料電池スタックに異常があると判定する。そして、燃料電池スタックに異常があると判定された場合、従来の燃料電池システムは、燃料電池の温度と基準温度とを比較し、燃料電池の温度が基準温度以上である場合、アノード側からカソード側への燃料ガスのクロスリーク及び／又はカソード側からアノード側への酸化剤ガスのクロスリークが発生し、クロスリークしたガスが反応することによって反応熱が生じていると判断する（例えば、特許文献１を参照）。なお最近では、燃料電池スタックから排出される水素，酸素，窒素，二酸化炭素，水等のガスの濃度（排出ガス組成）に基づいてクロスリークの発生の有無を判定する燃料電池システムも提案されている。
特開平９−１４７８９５号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell stack having a plurality of fuel cells that generate electricity by receiving supply of fuel gas and oxidant gas to an anode and a cathode, respectively, is known. When the potential difference between the electrodes becomes equal to or less than the reference potential difference, it is determined that there is an abnormality in the fuel cell stack. When it is determined that there is an abnormality in the fuel cell stack, the conventional fuel cell system compares the temperature of the fuel cell with a reference temperature, and if the temperature of the fuel cell is equal to or higher than the reference temperature, It is determined that cross-leakage of fuel gas to the side and / or cross-leakage of oxidant gas from the cathode side to the anode side occurs, and reaction heat is generated by the reaction of the cross-leaked gas (for example, patents) Reference 1). Recently, a fuel cell system has also been proposed that determines the presence or absence of cross-leakage based on the concentration (exhaust gas composition) of gases such as hydrogen, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and water discharged from the fuel cell stack. Yes.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-147895

しかしながら、一般に、クロスリークは燃料電池スタック内部において局所的に生じる可能性が高いために、従来の燃料電池システムのように燃料電池の温度に基づいてクロスリークを検出する場合、クロスリークが生じている箇所と温度の検出箇所が異なっていると、クロスリークを正確に検出することができない。また、ガス濃度に基づいてクロスリークを検出する場合には、ガス濃度検出装置が必要になるためにシステム構成が複雑になる上に、例えば燃料ガス（例えば水素）がカソード側にクロスリークする場合、クロスリーク箇所によってはクロスリークしたガスの全量が反応し、排出される水素の濃度だけを検出しようとしても、排出ガス組成が変化しないために、クロスリークを検出できないことがある。従って、従来の燃料電池システムによれば、クロスリーク量を低減し、クロスリークしたガスの反応熱によって燃料電池スタックの発電性能が低下することを抑制できなかった。 However, in general, there is a high possibility that the cross leak is locally generated inside the fuel cell stack. Therefore, when the cross leak is detected based on the temperature of the fuel cell as in the conventional fuel cell system, the cross leak occurs. If the detected location is different from the detected location, the cross leak cannot be detected accurately. In addition, when detecting a cross leak based on the gas concentration, a gas concentration detection device is required, so that the system configuration is complicated and, for example, fuel gas (for example, hydrogen) cross leaks to the cathode side. Depending on the location of the cross leak, the entire amount of the cross leaked gas reacts, and even if only the concentration of the discharged hydrogen is detected, the exhaust gas composition does not change, so that the cross leak may not be detected. Therefore, according to the conventional fuel cell system, it is not possible to reduce the amount of cross leak and to prevent the power generation performance of the fuel cell stack from being lowered due to the reaction heat of the gas that has crossed.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、クロスリーク量を低減し、クロスリークしたガスの反応熱によって燃料電池スタックの発電性能が低下することを抑制可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to reduce the amount of cross-leakage and to suppress the reduction in power generation performance of the fuel cell stack due to reaction heat of the cross-leaked gas. Is to provide a simple fuel cell system.

上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック内部における燃料ガス及び／又は酸化剤ガスのクロスリークの発生の有無を推定し、クロスリークが発生していると推定された場合、アノード側圧力及びカソード側圧力の少なくとも一方を調整する。 In order to solve the above-described problem, the fuel cell system according to the present invention estimates whether or not cross leak of fuel gas and / or oxidant gas occurs in the fuel cell stack, and cross leak occurs. When estimated, at least one of the anode side pressure and the cathode side pressure is adjusted.

本発明に係る燃料電池システムによれば、クロスリークが発生していると推定された場合、アノード側圧力とカソード側圧力の差圧を小さくするので、クロスリーク量を低減し、クロスリークしたガスの反応熱によって燃料電池スタックの発電性能が低下することを抑制できる。 According to the fuel cell system of the present invention, when it is estimated that a cross leak has occurred, the differential pressure between the anode side pressure and the cathode side pressure is reduced, so that the cross leak amount is reduced and the cross leaked gas is reduced. It can be suppressed that the power generation performance of the fuel cell stack is lowered by the reaction heat.

以下、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of the fuel cell system according to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムは、図１に示すように、アノード（Anode）１及びカソード（Cathode）２にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック３を備える。なお、この実施形態では、燃料電池は、アノード１とカソード２により固体電解質膜を挟持する固体電解質型燃料電池により構成されている。また、アノード１及びカソード２における電気化学反応及び燃料電池スタック３全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。 [Configuration of fuel cell system]
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention receives supply of hydrogen and air as fuel gas and oxidant gas to an anode (Anode) 1 and a cathode (Cathode) 2, respectively. A fuel cell stack 3 in which a plurality of fuel cells for generating power are stacked. In this embodiment, the fuel cell is constituted by a solid oxide fuel cell in which a solid electrolyte membrane is sandwiched between an anode 1 and a cathode 2. Moreover, the electrochemical reaction in the anode 1 and the cathode 2 and the electrochemical reaction as the whole fuel cell stack 3 are based on the following formulas (1) to (3).

〔アノード〕Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- …（１）
〔カソード〕 1/2 Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
〔全体〕Ｈ₂ ＋1/2 Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）
〔水素系の構成〕
上記燃料電池システムは、水素供給配管４を介して水素供給装置（H2）５内に蓄えられた水素を燃料電池スタック３のアノード１に供給する。アノード１で未使用の水素は、水素循環装置（ReC）６及び水素循環配管７を介してアノード１の上流側へ循環される。水素循環装置６及び水素循環配管７を設けることにより、アノード１で未使用の水素を再利用することが可能となり、燃料電池システムの燃費性能を向上させることができる。なお、水素循環装置６及び水素循環配管７を介してアノード１に戻る水素の循環流路には、固体電解質膜を介してカソード２側からリークした空気中の窒素やアルゴン等の不純物ガス、或いは過剰な水分が液化した液水が蓄積することがある。そして、これらの不純物ガスは、水素の分圧を低下させて発電効率を低下させたり、循環ガスの平均分子量を上昇させ水素の循環を困難にする。また液水は水素の循環を妨げる。このため、水素循環装置６には、水素排出配管８とこれを開閉するパージ弁９とが設けられている。そして、不純物ガスや液水が蓄積した際には、パージ弁９を短時間開き、水素排出配管８及び空気排出配管１０を介して不純物ガスや液水を系外へ排出するパージを行う。これにより、アノード１を含む水素循環配管７内の水素分圧や循環性能を回復させることができる。 [Anode] H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ (1)
[Cathode] 1/2 O ₂ + 2H ⁺ + 2e ⁻ → H ₂ O (2)
[Overall] H ₂ +1/2 O ₂ → H ₂ O (3)
[Configuration of hydrogen system]
The fuel cell system supplies the hydrogen stored in the hydrogen supply device (H 2) 5 to the anode 1 of the fuel cell stack 3 through the hydrogen supply pipe 4. Unused hydrogen at the anode 1 is circulated to the upstream side of the anode 1 through a hydrogen circulation device (ReC) 6 and a hydrogen circulation pipe 7. By providing the hydrogen circulation device 6 and the hydrogen circulation pipe 7, it becomes possible to reuse unused hydrogen in the anode 1 and improve the fuel efficiency of the fuel cell system. In addition, in the hydrogen circulation flow path that returns to the anode 1 through the hydrogen circulation device 6 and the hydrogen circulation pipe 7, an impurity gas such as nitrogen or argon in the air leaked from the cathode 2 side through the solid electrolyte membrane, or Liquid water in which excessive moisture has liquefied may accumulate. These impurity gases lower the partial pressure of hydrogen to reduce power generation efficiency, or increase the average molecular weight of the circulating gas, making it difficult to circulate hydrogen. Liquid water also hinders hydrogen circulation. For this reason, the hydrogen circulation device 6 is provided with a hydrogen discharge pipe 8 and a purge valve 9 for opening and closing it. When the impurity gas or liquid water accumulates, the purge valve 9 is opened for a short time, and the purge is performed to discharge the impurity gas or liquid water out of the system through the hydrogen discharge pipe 8 and the air discharge pipe 10. Thereby, the hydrogen partial pressure and circulation performance in the hydrogen circulation pipe 7 including the anode 1 can be recovered.

〔空気系の構成〕
上記燃料電池システムは、空気供給装置（AIR）１１内に蓄えられた空気を加湿装置（Hu）１２で加湿した後に、空気供給配管１３を介して燃料電池スタック３のカソード２に空気を供給する。カソード２で未使用の空気は、空気排出配管１４を介して加湿装置１２に送られ、空気調圧弁１５により圧力調整された後、空気排出配管１０を介して系外に排出（EXH）される。 [Air system configuration]
In the fuel cell system, air stored in an air supply device (AIR) 11 is humidified by a humidifier (Hu) 12 and then supplied to the cathode 2 of the fuel cell stack 3 through an air supply pipe 13. . Unused air at the cathode 2 is sent to the humidifier 12 via the air discharge pipe 14, adjusted in pressure by the air pressure regulating valve 15, and then discharged (EXH) outside the system via the air discharge pipe 10. .

〔冷却系の構成〕
上記燃料電池システムは、冷媒配管１６を介して冷媒を燃料電池スタック３に圧送する冷媒ポンプ１７と、冷媒を冷却するラジエータ（Rad）１８を経由するラジエータ側流路１９とラジエータ１８を経由しないバイパス流路２０との間で燃料電池スタック３から排出された冷媒の流路を切り替える三方弁２１とを備え、燃料電池スタック３に冷媒を供給することにより燃料電池スタック３を適切な運転温度に保持する。 [Cooling system configuration]
The fuel cell system includes a refrigerant pump 17 that pumps refrigerant to the fuel cell stack 3 via a refrigerant pipe 16, a radiator-side flow path 19 that passes through a radiator (Rad) 18 that cools the refrigerant, and a bypass that does not pass through the radiator 18. A three-way valve 21 for switching the flow path of the refrigerant discharged from the fuel cell stack 3 with the flow path 20, and maintaining the fuel cell stack 3 at an appropriate operating temperature by supplying the refrigerant to the fuel cell stack 3 To do.

〔制御系の構成〕
上記燃料電池システムは、アノード１に供給及び排出される水素の圧力を検出する圧力センサ２２ａ，２２ｂと、カソード２に供給及び排出される空気の圧力を検出する圧力センサ２３ａ，２３ｂと、燃料電池スタック３の入口側の冷媒温度を検出する温度センサ２４と、燃料電池スタック３の出口側の冷媒温度を検出する温度センサ２５と、冷媒配管１６中の冷媒の流量を検出する流量センサ２６と、これらのセンサの検出結果に従って燃料電池システム全体の動作を制御するシステムコントローラ２７とを備える。なお、本実施形態では、流量センサ２６によって冷媒配管１６中の冷媒の流量を検出することとしたが、燃料電池スタック３の各運転条件に対応する冷媒流量を予め実験的に求めてマップを作成し、システムコントローラ２７がこのマップを参照して現在の運転条件に対応する冷媒流量を推定するようにしてもよい。 [Control system configuration]
The fuel cell system includes pressure sensors 22a and 22b that detect the pressure of hydrogen supplied to and discharged from the anode 1, pressure sensors 23a and 23b that detect the pressure of air supplied to and discharged from the cathode 2, and a fuel cell. A temperature sensor 24 that detects a refrigerant temperature on the inlet side of the stack 3, a temperature sensor 25 that detects a refrigerant temperature on the outlet side of the fuel cell stack 3, a flow rate sensor 26 that detects a flow rate of the refrigerant in the refrigerant pipe 16, A system controller 27 for controlling the operation of the entire fuel cell system according to the detection results of these sensors. In this embodiment, the flow rate of the refrigerant in the refrigerant pipe 16 is detected by the flow rate sensor 26. However, the refrigerant flow rate corresponding to each operation condition of the fuel cell stack 3 is experimentally obtained in advance to create a map. Then, the system controller 27 may estimate the refrigerant flow rate corresponding to the current operating condition with reference to this map.

そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、システムコントローラ２７が以下に示すクロスリーク判定処理を実行することにより、クロスリークが検出された際、クロスリーク量を低減し、クロスリークした水素と酸素の反応熱によって燃料電池スタック３の発電性能が低下することを抑制する。以下、図２に示すフローチャートを参照してクロスリーク判定処理を実行する際のシステムコントローラ２７の動作について説明する。 In the fuel cell system having such a configuration, when the cross leak is detected by the system controller 27 performing the cross leak determination process shown below, the cross leak amount is reduced, and the cross leaked hydrogen and A reduction in power generation performance of the fuel cell stack 3 due to the reaction heat of oxygen is suppressed. The operation of the system controller 27 when executing the cross leak determination process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

［クロスリーク判定処理］
図２に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、クロスリーク判定処理はステップＳ１の処理に進む。 [Cross leak judgment processing]
The flowchart shown in FIG. 2 starts in response to the start of the fuel cell system, and the cross leak determination process proceeds to step S1.

ステップＳ１の処理では、システムコントローラ２７が、温度センサ２４，２５及び流量センサ２６を介して、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏ［Ｋ］と冷媒配管１６中の冷媒流量Ｆｃ［ｍ^３／ｓｅｃ］を検出（推定）する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ２の処理に進む。 In the process of step S <b> 1, the system controller 27 passes through the temperature sensors 24 and 25 and the flow rate sensor 26, and the refrigerant temperatures Tci and Tco [K] on the inlet side and outlet side of the fuel cell stack 3 and the refrigerant in the refrigerant pipe 16. The flow rate Fc [m ³ / sec] is detected (estimated). Thereby, the process of step S1 is completed, and the cross leak determination process proceeds to the process of step S2.

ステップＳ２の処理では、システムコントローラ２７が、ステップＳ１の処理により検出された燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏと冷媒配管１６中の冷媒流量Ｆｃを以下の数式１に代入することにより、燃料電池スタック３からの冷媒の受熱量Ｑｃ［ＫＪ］を算出する。なお、数式１中、パラメータＣｃ，Ｇｃはそれぞれ冷媒比熱［ＫＪ／ｋｇ・Ｋ］及び冷媒密度［ｋｇ／ｍ^３］を表す。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ３の処理に進む。

In the process of step S2, the system controller 27 sets the refrigerant temperatures Tci and Tco on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 3 detected by the process of step S1 and the refrigerant flow rate Fc in the refrigerant pipe 16 to the following formula 1. By substituting, the amount of heat received Qc [KJ] of the refrigerant from the fuel cell stack 3 is calculated. In Equation 1, parameters Cc and Gc represent refrigerant specific heat [KJ / kg · K] and refrigerant density [kg / m ³ ], respectively. Thereby, the process of step S2 is completed, and the cross leak determination process proceeds to the process of step S3.

ステップＳ３の処理では、システムコントローラ２７が、予め実験的に求められている燃料電池スタック３の運転条件に対応する燃料電池スタック３の発電効率η［％］及び発電量Ｗｓ［ＫＷ］を以下の数式２に代入することにより、燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓ［ＫＪ］を算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ４の処理に進む。

In the process of step S3, the system controller 27 sets the power generation efficiency η [%] and power generation amount Ws [KW] of the fuel cell stack 3 corresponding to the operation conditions of the fuel cell stack 3 that have been experimentally obtained in advance as follows. By substituting into Equation 2, the calorific value Qs [KJ] of the fuel cell stack 3 is calculated. Thereby, the process of step S3 is completed, and the cross leak determination process proceeds to the process of step S4.

ステップＳ４の処理では、システムコントローラ２７が、冷媒の受熱量Ｑｃが燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、冷媒の受熱量Ｑｃが燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓ以上でない場合、システムコントローラ２７は、クロスリーク判定処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、冷媒の受熱量Ｑｃが燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓ以上である場合には、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の発熱量よりも多くの熱量が冷媒に授受されている、換言すれば、アノード１側からカソード２側への水素のクロスリーク、又はカソード２側からアノード１側への空気のクロスリークが生じ、固体電解質膜上の触媒によってクロスリークした水素と酸素が反応することによって発熱していると判定し、クロスリーク判定処理をステップＳ５の処理に進める。 In step S4, the system controller 27 determines whether or not the heat reception amount Qc of the refrigerant is greater than or equal to the heat generation amount Qs of the fuel cell stack 3. If the received heat quantity Qc of the refrigerant is not equal to or greater than the calorific value Qs of the fuel cell stack 3 as a result of the determination, the system controller 27 returns the cross leak determination process to the process of step S1. On the other hand, when the amount of heat received Qc of the refrigerant is equal to or greater than the amount of heat generated Qs of the fuel cell stack 3, the system controller 27 receives a larger amount of heat than the amount of heat generated by the fuel cell stack 3, in other words, For example, hydrogen cross-leakage from the anode 1 side to the cathode 2 side or air cross-leakage from the cathode 2 side to the anode 1 side occurs, and the hydrogen and oxygen cross-leaked by the catalyst on the solid electrolyte membrane react. Is determined to generate heat, and the cross-leak determination process proceeds to the process of step S5.

ステップＳ５の処理では、システムコントローラ２７が、圧力センサ２２ａ，２３ａ，の検出結果を参照して、アノード１とカソード２に供給するガスの圧力を調整する。具体的には、本実施形態では、図３（ａ）に示すようにアノード１側圧力とカソード２側圧力に差圧が生じることによって、漏れ箇所Ａにおいてアノード１側からカソード２側に水素がクロスリークしている場合、システムコントローラ２７は、カソード１側に供給する空気の圧力を高めていき、図３（ｂ）に示すように水素がカソード２側にクロスリークしないように、カソード２側圧力がアノード１側圧力よりも高くする。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ６の処理に進む。 In step S5, the system controller 27 refers to the detection results of the pressure sensors 22a and 23a to adjust the pressure of the gas supplied to the anode 1 and the cathode 2. Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 3A, when a pressure difference occurs between the pressure on the anode 1 side and the pressure on the cathode 2 side, hydrogen flows from the anode 1 side to the cathode 2 side at the leak location A. In the case of cross leak, the system controller 27 increases the pressure of the air supplied to the cathode 1 side, so that hydrogen does not cross leak to the cathode 2 side as shown in FIG. The pressure is higher than the anode 1 side pressure. Thereby, the process of step S5 is completed, and the cross leak determination process proceeds to the process of step S6.

ステップＳ６の処理では、システムコントローラ２７が、冷媒の受熱量Ｑｃと燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓの熱量差Ｄｑ（＝Ｑｃ−Ｑｓ）の増減傾向を判別し、熱量差Ｄｑが減少傾向にある場合、コントローラ２７は、漏れ箇所Ａにおけるアノード１側圧力とカソード２側圧力の差圧が小さくなることによってクロスリーク量は減少していると判断し、クロスリーク判定処理をステップＳ８の処理に進める。 In the process of step S6, the system controller 27 determines the increasing / decreasing tendency of the heat quantity difference Dq (= Qc−Qs) between the heat receiving quantity Qc of the refrigerant and the calorific value Qs of the fuel cell stack 3, and the heat quantity difference Dq tends to decrease. In this case, the controller 27 determines that the cross leak amount has decreased due to a decrease in the differential pressure between the anode 1 side pressure and the cathode 2 side pressure at the leak location A, and advances the cross leak determination process to the process of step S8. .

一方、熱量差Ｄｑが増加傾向にある場合には、システムコントローラ２７は、漏れ箇所Ａにおけるカソード２側圧力がアノード１側圧力よりも高くなることによりカソード２側からアノード１側への空気のクロスリーク量が増加していると判断し、ステップＳ７の処理としてカソード２側圧力を低くした後、クロスリーク判定処理をステップＳ８の処理に進める。なお、一般に、カソード２側に水素がクロスリークしている時にカソード２側の圧力を上昇させていくと、燃料電池スタック３の出口側の冷媒温度は、図４に示すように、アノード１側への空気のクロスリークが始まる圧力値で最小値をとる。 On the other hand, when the calorific value difference Dq tends to increase, the system controller 27 crosses the air from the cathode 2 side to the anode 1 side because the cathode 2 side pressure at the leakage point A becomes higher than the anode 1 side pressure. After determining that the amount of leak has increased and reducing the cathode 2 side pressure as the process of step S7, the cross leak determination process proceeds to the process of step S8. In general, when the pressure on the cathode 2 side is increased when hydrogen is cross-leaked on the cathode 2 side, the refrigerant temperature on the outlet side of the fuel cell stack 3 becomes the anode 1 side as shown in FIG. Takes the minimum value at the pressure value at which air cross-leak begins.

ステップＳ８の処理では、システムコントローラ２７が、アノード１側圧力及びカソード２側圧力が交錯しない状態、すなわち、図５（ａ）に示すようにアノード１入口圧力Ｐａｉ＜カソード出口圧力Ｐｃｏの状態、又は図５（ｂ）に示すようにアノード１出口圧力＞カソード３入口圧力となるまでの範囲内で熱量差Ｄｑの有意な最小値又は極小値があるか否かを判別する。なお、本明細書中では、「有意」とは、各部品の制御誤差，計測誤差等を考慮しても他条件に対して判別可能であることを意味する。 In the process of step S8, the system controller 27 is in a state where the anode 1 side pressure and the cathode 2 side pressure do not cross each other, that is, the state where the anode 1 inlet pressure Pai <the cathode outlet pressure Pco as shown in FIG. As shown in FIG. 5B, it is determined whether or not there is a significant minimum value or minimum value of the calorific value difference Dq within a range until the anode 1 outlet pressure> the cathode 3 inlet pressure. In this specification, “significant” means that it is possible to discriminate against other conditions even in consideration of the control error, measurement error, etc. of each component.

一般に、図６に示すように、複数箇所においてクロスリークが生じている場合、冷媒の受熱量Ｑｃは、図７に示すように、誤差範囲の間で変動し、有意な最小値又は極小値を取らなくなる。従って、上記判別処理の結果、熱量差Ｄｑの有意な最小値又は極小値が存在しない場合、システムコントローラ２７は、複数箇所においてクロスリークが生じており、クロスリーク量が増加して燃料電池スタック３の性能低下を引き起こす可能性が高いと判断し、ステップＳ９の処理としてアノード１への水素供給を停止して燃料電池スタック３の運転を停止する。一方、熱量差Ｄｑの有意な最小値又は極小値が存在する場合には、システムコントローラ２７は、クロスリーク判定処理をステップＳ１０の処理に進める。 In general, as shown in FIG. 6, when cross leaks occur at a plurality of locations, the amount of heat received Qc of the refrigerant varies between error ranges as shown in FIG. 7, and has a significant minimum value or minimum value. I won't take it. Therefore, if there is no significant minimum value or minimum value of the heat difference Dq as a result of the determination processing, the system controller 27 has cross leaks at a plurality of locations, and the cross leak amount increases to increase the fuel cell stack 3. Therefore, it is determined that there is a high possibility that the performance of the fuel cell stack 3 will be deteriorated. As a process in step S9, the supply of hydrogen to the anode 1 is stopped and the operation of the fuel cell stack 3 is stopped. On the other hand, when there is a significant minimum value or minimum value of the heat difference Dq, the system controller 27 advances the cross leak determination process to the process of step S10.

ステップＳ１０の処理では、システムコントローラ２７が、熱量差Ｄｑが最小値又は極小値となるカソード圧力Ｐｃｘ［ｋＰａ］にカソード１側圧力を調整する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ１１の処理に進む。 In the process of step S10, the system controller 27 adjusts the cathode 1 side pressure to the cathode pressure Pcx [kPa] at which the calorie difference Dq becomes the minimum value or the minimum value. Thereby, the process of step S10 is completed, and the cross leak determination process proceeds to the process of step S11.

ステップＳ１１の処理では、システムコントローラ２７が、熱量差Ｄｑが所定値以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、熱量差Ｄｑが所定値以下でない場合、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の耐熱性能を考慮して、ステップＳ１２の処理としてアノード１への水素供給を停止して燃料電池スタック３の運転を停止する。一方、熱量差Ｄｑが所定値以下である場合には、システムコントローラ２７はクロスリーク判定処理をステップＳ１の処理に戻す。 In the process of step S11, the system controller 27 determines whether or not the heat quantity difference Dq is equal to or less than a predetermined value. If the difference in heat quantity Dq is not less than or equal to the predetermined value as a result of the determination, the system controller 27 considers the heat resistance performance of the fuel cell stack 3 and stops supplying hydrogen to the anode 1 as a process of step S12. Stop the operation of stack 3. On the other hand, if the heat difference Dq is equal to or smaller than the predetermined value, the system controller 27 returns the cross leak determination process to the process of step S1.

以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、冷媒の受熱量Ｑｃが燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓ以上である場合、システムコントローラ２７が、クロスリークが発生していると判断し、アノード１側圧力及びカソード２側圧力の少なくとも一方を調整する。そして、このような構成によれば、アノード１側圧力とカソード２側圧力の差圧を小さくすることができるので、クロスリーク量を低減し、クロスリークした水素と酸素の反応熱によって燃料電池スタック３の発電性能が低下することを抑制できる。 As is apparent from the above description, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, when the amount of heat received Qc of the refrigerant is equal to or greater than the amount of heat generated Qs of the fuel cell stack 3, the system controller 27 It is determined that a cross leak has occurred, and at least one of the anode 1 side pressure and the cathode 2 side pressure is adjusted. According to such a configuration, since the differential pressure between the anode 1 side pressure and the cathode 2 side pressure can be reduced, the amount of cross leak is reduced, and the fuel cell stack is generated by the reaction heat of cross leaked hydrogen and oxygen. It can suppress that the electric power generation performance of 3 falls.

また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏに基づいて算出される、冷媒の受熱量Ｑｃと燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓの熱量差Ｄｑに応じてアノード１側圧力及びカソード２側圧力の少なくとも一方を調整するので、クロスリークしたガスが燃料電池スタック３内部で全量反応してクロスリークしたガスの濃度を検出することができない場合であっても、アノード１圧力側及びカソード２側圧力の少なくとも一方の圧力を調整することができる。 Further, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the system controller 27 receives the refrigerant, which is calculated based on the refrigerant temperatures Tci and Tco on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 3. Since at least one of the anode 1 side pressure and the cathode 2 side pressure is adjusted according to the calorie difference Dq between the calorific value Qc and the calorific value Qs of the fuel cell stack 3, the cross leaked gas reacts in the fuel cell stack 3 in its entirety. Even when the concentration of the cross leaked gas cannot be detected, the pressure of at least one of the anode 1 pressure side and the cathode 2 side pressure can be adjusted.

また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏに基づいて算出される、冷媒の受熱量Ｑｃと燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓの熱量差Ｄｑが有意な最小値又は極小値になるように、アノード１側圧力及びカソード２側圧力の少なくとも一方を調整するので、クロスリークしたガスの反応熱によって燃料電池スタック３の性能低下が生じている場合であっても、反応熱を極力小さくして性能低下を抑制することができる。 Further, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the system controller 27 receives the refrigerant, which is calculated based on the refrigerant temperatures Tci and Tco on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 3. Since at least one of the anode 1 side pressure and the cathode 2 side pressure is adjusted so that the heat quantity difference Dq between the heat quantity Qc and the calorific value Qs of the fuel cell stack 3 becomes a significant minimum value or minimum value, the cross leaked gas Even when the performance degradation of the fuel cell stack 3 is caused by the reaction heat, the reaction heat can be minimized to suppress the performance degradation.

また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏに基づいて算出される、冷媒の受熱量Ｑｃと燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓの熱量差Ｄｑが有意な最小値又は極小値をとらない場合、燃料電池システムを停止するので、圧力調整によって差圧を変化させてもクロスリークを抑制することができない、クロスリーク箇所が複数あって特定できない場合であっても、燃料電池スタック３の性能低下を抑制することができる。 Further, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the system controller 27 receives the refrigerant, which is calculated based on the refrigerant temperatures Tci and Tco on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 3. Since the fuel cell system is stopped when the calorific value difference Dq between the calorific value Qc and the calorific value Qs of the fuel cell stack 3 does not take a significant minimum value or minimum value, the cross leak is suppressed even if the differential pressure is changed by adjusting the pressure. Even when there are a plurality of cross leak portions that cannot be specified, it is possible to suppress the performance degradation of the fuel cell stack 3.

また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏに基づいて算出される、冷媒の受熱量Ｑｃと燃料電池スタック３の発熱量Ｑｓの熱量差Ｄｑが有意な最小値又は極小値になる場合であっても、熱量差Ｄｑが所定値以上である場合には燃料電池システムを停止するので、クロスリークしたガスの反応熱によって燃料電池スタック３の性能低下が生じている場合であっても、性能低下を抑制することができる。 Further, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the system controller 27 receives the refrigerant, which is calculated based on the refrigerant temperatures Tci and Tco on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 3. Even if the heat quantity difference Dq between the heat quantity Qc and the calorific value Qs of the fuel cell stack 3 becomes a significant minimum value or minimum value, the fuel cell system is stopped if the heat quantity difference Dq is greater than or equal to a predetermined value. Even if the performance degradation of the fuel cell stack 3 is caused by the reaction heat of the cross leaked gas, the performance degradation can be suppressed.

また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムによれば、システムコントローラ２７は、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏに基づいて算出される冷媒の受熱量Ｑｃに従ってクロスリークを検出するので、クロスリークしたガスが燃料電池スタック３内部で反応してしまう場合であっても、その反応熱によって冷媒温度が上昇するので、クロスリークを確実に検出することができる。 Further, according to the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the system controller 27 receives the amount of heat received by the refrigerant based on the refrigerant temperatures Tci and Tco on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 3. Since the cross leak is detected according to Qc, even if the cross leaked gas reacts inside the fuel cell stack 3, the refrigerant temperature rises due to the reaction heat, so that the cross leak can be reliably detected. it can.

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、上記第１の実施形態となる燃料電池システムの構成に加えて、カソード２側から排出されるガス（以下、カソードオフガスと表記）中の水素濃度を検出する水素濃度センサ３１を備える。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、システムコントローラ２７が以下に示すクロスリーク判定処理を実行することにより、水素がカソード２出口付近へクロスリークする場合等、水素がほとんど反応せずに燃料電池スタック３外に排出されてしまう場合においても、水素のクロスリークを確実に検出する。以下、図９に示すフローチャートを参照してクロスリーク判定処理を実行する際のシステムコントローラ２７の動作について説明する。 [Configuration of fuel cell system]
In the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention, in addition to the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment, in the gas discharged from the cathode 2 side (hereinafter referred to as cathode off gas). A hydrogen concentration sensor 31 for detecting the hydrogen concentration is provided. In the fuel cell system having such a configuration, the system controller 27 executes the cross leak determination process shown below, so that the hydrogen hardly reacts when the hydrogen cross leaks to the vicinity of the cathode 2 outlet. Even when the fuel cell stack 3 is discharged, the hydrogen cross leak is reliably detected. The operation of the system controller 27 when executing the cross leak determination process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

［クロスリーク判定処理］
図９に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、クロスリーク判定処理はステップＳ２１の処理に進む。 [Cross leak judgment processing]
The flowchart shown in FIG. 9 starts in response to the start of the fuel cell system, and the cross leak determination process proceeds to step S21.

ステップＳ２１の処理では、システムコントローラ２７が、温度センサ２４，２５，流量センサ２６，及び水素濃度センサ３１を介して、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏ［Ｋ］，冷媒配管１６中の冷媒流量Ｆｃ［ｍ^３／ｓｅｃ］，及びカソードオフガス中の水素濃度を検出（推定）する。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ２２の処理に進む。 In the process of step S21, the system controller 27 uses the temperature sensors 24, 25, the flow rate sensor 26, and the hydrogen concentration sensor 31 to enter the refrigerant temperatures Tci, Tco [K], The refrigerant flow rate Fc [m ³ / sec] in the refrigerant pipe 16 and the hydrogen concentration in the cathode off gas are detected (estimated). Thereby, the process of step S21 is completed and the cross leak determination process proceeds to the process of step S22.

ステップＳ２２の処理では、システムコントローラ２７が、ステップＳ２１の処理により検出されたカソードオフガス中の水素濃度が可燃下限濃度以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、水素濃度が可燃下限濃度以下である場合、システムコントローラ２７はクロスリーク判定処理をステップＳ２４の処理に進める。一方、水素濃度が可燃下限濃度以下でない場合には、システムコントローラ２７はクロスリーク判定処理をステップＳ２３の処理に進める。 In the process of step S22, the system controller 27 determines whether or not the hydrogen concentration in the cathode offgas detected by the process of step S21 is equal to or lower than the flammable lower limit concentration. If the result of determination is that the hydrogen concentration is less than or equal to the lower flammability concentration, the system controller 27 advances the cross leak determination process to the process of step S24. On the other hand, when the hydrogen concentration is not equal to or lower than the flammable lower limit concentration, the system controller 27 advances the cross leak determination process to the process of step S23.

ステップＳ２３の処理では、システムコントローラ２７が、水素濃度が可燃下限濃度以下になるまでカソード２に供給する空気の流量を増加する。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ２１の処理に戻る。なお、ステップＳ２４以後の処理は、図２に示すステップＳ２以後の処理と同じであるので、以下では説明を省略する。 In the process of step S23, the system controller 27 increases the flow rate of the air supplied to the cathode 2 until the hydrogen concentration becomes equal to or lower than the flammable lower limit concentration. Thereby, the process of step S23 is completed, and the cross leak determination process returns to the process of step S21. The processing after step S24 is the same as the processing after step S2 shown in FIG.

以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムによれば、カソードオフガス中の水素濃度が可燃下限濃度以上である場合、システムコントローラ２７が、カソード２に供給する空気の流量を増加することにより水素濃度が可燃下限濃度以下になるように制御するので、クロスリークが冷媒の受熱量Ｑｃに反映されない場合であっても、水素のクロスリークを検出し、水素に着火する可能性を抑制しつつ、システム信頼性を確保することができる。 As is apparent from the above description, according to the fuel cell system of the second embodiment of the present invention, the system controller 27 supplies the cathode 2 when the hydrogen concentration in the cathode off gas is equal to or higher than the flammable lower limit concentration. Since the hydrogen concentration is controlled to be lower than the flammable lower limit concentration by increasing the flow rate of the air to be generated, even if the cross leak is not reflected in the amount of heat received Qc of the refrigerant, the hydrogen cross leak is detected, System reliability can be secured while suppressing the possibility of ignition.

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムは、上記第２の実施形態となる燃料電池システムと同じ構成を有し、システムコントローラ２７が以下に示すクロスリーク判定処理を実行することにより、水素がカソード２出口付近へクロスリークする場合等、水素がほとんど反応せずに燃料電池スタック３外に排出されてしまう場合においても、水素のクロスリークを確実に検出する。以下、図１０に示すフローチャートを参照してクロスリーク判定処理を実行する際のシステムコントローラ２７の動作について説明する。 [Configuration of fuel cell system]
The fuel cell system according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as the fuel cell system according to the second embodiment, and the system controller 27 executes the cross leak determination process shown below. Even in the case where hydrogen cross leaks to the vicinity of the cathode 2 outlet or the like, hydrogen hardly leaks and is discharged out of the fuel cell stack 3, so that hydrogen cross leak is reliably detected. The operation of the system controller 27 when executing the cross leak determination process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

［クロスリーク判定処理］
図１０に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、クロスリーク判定処理はステップＳ４１の処理に進む。 [Cross leak judgment processing]
The flowchart shown in FIG. 10 starts as the fuel cell system is activated, and the cross leak determination process proceeds to step S41.

ステップＳ４１の処理では、システムコントローラ２７が、温度センサ２４，２５，流量センサ２６，及び水素濃度センサ３１を介して、燃料電池スタック３の入口側及び出口側の冷媒温度Ｔｃｉ，Ｔｃｏ［Ｋ］，冷媒配管１６中の冷媒流量Ｆｃ［ｍ^３／ｓｅｃ］，及びカソードオフガス中の水素濃度を検出（推定）する。これにより、ステップＳ４１の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ４２の処理に進む。 In the process of step S41, the system controller 27 uses the temperature sensors 24, 25, the flow rate sensor 26, and the hydrogen concentration sensor 31 to enter the refrigerant temperatures Tci, Tco [K], The refrigerant flow rate Fc [m ³ / sec] in the refrigerant pipe 16 and the hydrogen concentration in the cathode off gas are detected (estimated). Thereby, the process of step S41 is completed, and the cross leak determination process proceeds to the process of step S42.

ステップＳ４２の処理では、システムコントローラ２７が、ステップＳ４１の処理により検出されたカソードオフガス中の水素濃度が可燃下限濃度以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、水素濃度が可燃下限濃度以下である場合、システムコントローラ２７はクロスリーク判定処理をステップＳ４４の処理に進める。一方、水素濃度が可燃下限濃度以下でない場合には、システムコントローラ２７はクロスリーク判定処理をステップＳ４３の処理に進める。 In the process of step S42, the system controller 27 determines whether or not the hydrogen concentration in the cathode offgas detected by the process of step S41 is equal to or lower than the flammable lower limit concentration. As a result of the determination, if the hydrogen concentration is equal to or lower than the flammable lower limit concentration, the system controller 27 advances the cross leak determination process to the process of step S44. On the other hand, when the hydrogen concentration is not equal to or lower than the flammable lower limit concentration, the system controller 27 advances the cross leak determination process to the process of step S43.

ステップＳ４３の処理では、システムコントローラ２７が、アノード１への水素供給を停止して燃料電池スタック３の運転を停止する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、クロスリーク判定処理はステップＳ４１の処理に戻る。なお、ステップＳ４４以後の処理は、図２に示すステップＳ２以後の処理と同じであるので、以下では説明を省略する。 In the process of step S43, the system controller 27 stops the supply of hydrogen to the anode 1 and stops the operation of the fuel cell stack 3. Thereby, the process of step S43 is completed, and the cross leak determination process returns to the process of step S41. The processing after step S44 is the same as the processing after step S2 shown in FIG.

以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムによれば、カソードオフガス中の水素濃度が可燃下限濃度以上である場合、システムコントローラ２７が、燃料電池スタック３の運転を停止する。すなわち、供給空気流量、ひいてはカソードオフガス流量の増加に伴う燃料電池スタック３からの持ち出し水分量の増加に伴う燃料電池スタック３の性能低下が生じる可能性があるシステム構成の場合、システムコントローラ２７は燃料電池スタック３の運転を停止する。そして、このような構成によれば、クロスリークが冷媒の受熱量Ｑｃに反映されない場合であっても、水素のクロスリークを検出し、水素に着火する可能性を抑制しつつ、システム信頼性を確保することができる。 As is apparent from the above description, according to the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention, when the hydrogen concentration in the cathode offgas is equal to or higher than the flammable lower limit concentration, the system controller 27 operates the fuel cell stack 3. Stop driving. In other words, in the case of a system configuration in which the performance of the fuel cell stack 3 may be degraded due to an increase in the amount of moisture taken out from the fuel cell stack 3 due to an increase in the supply air flow rate, and in turn the cathode offgas flow rate, the system controller 27 The operation of the battery stack 3 is stopped. According to such a configuration, even if the cross leak is not reflected in the amount of heat received Qc of the refrigerant, the system reliability is improved while suppressing the possibility of detecting the hydrogen cross leak and igniting the hydrogen. Can be secured.

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described, the present invention is not limited by the description and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are all included in the scope of the present invention.

本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態となるクロスリーク判定処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the cross leak determination process used as the 1st Embodiment of this invention. アノード側圧力とカソード側圧力の差圧低下に伴ってクロスリーク量が低減する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the amount of cross leak reduces with the differential pressure | voltage fall of an anode side pressure and a cathode side pressure. 燃料電池スタックの出口側の冷媒温度とガス圧力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refrigerant | coolant temperature and gas pressure of the exit side of a fuel cell stack. アノード入口圧力がカソード出口圧力以下になる状態、及びアノード出口圧力がカソード入口圧力以上になる状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which an anode inlet pressure becomes below a cathode outlet pressure, and the state in which an anode outlet pressure becomes more than a cathode inlet pressure. 複数箇所においてクロスリークが生じている場合の圧力関係を示す図である。It is a figure which shows the pressure relationship in case the cross leak has arisen in several places. 図６に示す場合の冷媒受熱量とカソード圧力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refrigerant | coolant heat receiving amount in the case shown in FIG. 6, and a cathode pressure. 本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the fuel cell system used as the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態となるクロスリーク判定処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the cross leak determination process used as the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態となるクロスリーク判定処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the cross leak determination process used as the 2nd Embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１：アノード
２：カソード
３：燃料電池スタック
４：水素供給配管
５：水素供給装置
６：水素循環装置
７：水素循環配管
８：水素排出配管
９：パージ弁
１０，１４：空気排出配管
１１：空気供給装置
１２：加湿装置
１３：空気供給配管
１５：空気調圧弁
１６：冷媒配管
１７：冷媒ポンプ
１８：ラジエータ
１９：ラジエタ側流路
２０：バイパス流路
２１：三方弁
２２，２３：圧力センサ
２４，２５：温度センサ
２６：流量センサ
２７：システムコントローラ 1: Anode 2: Cathode 3: Fuel cell stack 4: Hydrogen supply pipe 5: Hydrogen supply apparatus 6: Hydrogen circulation apparatus 7: Hydrogen circulation pipe 8: Hydrogen discharge pipe 9: Purge valve 10, 14: Air discharge pipe 11: Air Supply device 12: Humidifier 13: Air supply pipe 15: Air pressure adjustment valve 16: Refrigerant pipe 17: Refrigerant pump 18: Radiator 19: Radiator side flow path 20: Bypass flow path 21: Three-way valve 22, 23: Pressure sensor 24, 25: Temperature sensor 26: Flow rate sensor 27: System controller

Claims

A fuel cell stack having a plurality of fuel cells that generate power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas to the anode and the cathode, respectively;
A refrigerant flow path for cooling the fuel cell stack by supplying a refrigerant to the fuel cell stack;
A cross-leak determination unit that estimates the presence or absence of occurrence of cross-leak of fuel gas and / or oxidant gas inside the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising: a control unit that adjusts at least one of an anode side pressure and a cathode side pressure when it is estimated by the cross leak determination unit that a cross leak has occurred.

The fuel cell system according to claim 1,
A refrigerant temperature detection unit that detects refrigerant temperatures on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack, and the control unit detects the temperature of the refrigerant temperature on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack detected by the refrigerant temperature detection unit. A fuel cell system, wherein at least one of an anode side pressure and a cathode side pressure is adjusted according to the difference.

The fuel cell system according to claim 2, wherein
The controller controls at least one of the anode side pressure and the cathode side pressure so that the temperature difference between the refrigerant temperatures at the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack detected by the refrigerant temperature detector takes a minimum value or a minimum value. A fuel cell system characterized by adjusting.

The fuel cell system according to claim 3,
The control unit stops the operation of the fuel cell stack when the temperature difference between the refrigerant temperatures on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack detected by the refrigerant temperature detection unit does not take the minimum value or the minimum value. A fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 3 or 4, wherein
The control unit stops the operation of the fuel cell stack when the temperature difference between the refrigerant temperatures on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack detected by the refrigerant temperature detection unit is equal to or greater than a predetermined value. Fuel cell system.

The fuel cell system according to any one of claims 2 to 5, wherein
The cross leak determination unit estimates the amount of heat received by the refrigerant based on the temperature difference between the refrigerant temperatures of the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack detected by the refrigerant temperature detection unit, and uses the estimated amount of received heat. A fuel cell system for estimating the presence or absence of occurrence of cross leak.

The fuel cell system according to claim 6,
A fuel gas concentration detector that detects a fuel gas concentration in the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack, and when the fuel gas concentration detected by the fuel gas concentration detector is equal to or greater than a predetermined value, the controller The fuel cell system is characterized in that the fuel gas concentration in the cathode off-gas is set to a predetermined value or less, or the operation of the fuel cell stack is stopped.