JP2007250280A - Fuel cell system and control method for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell control method.
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。 In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device An apparatus.
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陽極)およびカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。 The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。 When hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.
ところで、以上の燃料電池システムとしては、燃料電池を低温状態から起動させる場合には、燃料電池に熱媒体を循環させて、燃料電池の排出口近傍の空気の流路を加熱する構成が提案されている(特許文献1参照)。この燃料電池システムでは、所定温度まで加熱してから、発電を開始する。
この特許文献1の燃料電池システムによれば、空気の流路を加熱することで、燃料電池の発電で生じた生成水が凝縮あるいは凍結するのを防止して、発電を継続することができる。
According to the fuel cell system of
ところで、MEA内部の細孔には、0℃でも凍結しない不凍水が含まれているが、極低温環境では、この不凍水が凍結する可能性がある。不凍水が凍結して氷になると、この氷の挙動は、通常の氷と同様になる。つまり、不凍水であっても、極低温環境で一旦凍結すると、0℃以上になるまで解凍しない。したがって、極低温環境で不凍水が凍結すると、その後、燃料電池の温度が極低温より上昇して発電可能な温度となっても、電極内部では不凍水が凍結した状態となっている。 By the way, although the antifreeze water which does not freeze even at 0 degreeC is contained in the pore inside MEA, in the cryogenic environment, this antifreeze water may freeze. When antifreeze water freezes into ice, this ice behaves like normal ice. That is, even if it is non-freezing water, once it freezes in a cryogenic environment, it does not thaw until it becomes 0 degreeC or more. Therefore, when the antifreeze water freezes in a cryogenic environment, the antifreeze water is frozen inside the electrode even if the temperature of the fuel cell then rises from the cryogenic temperature to a temperature at which power generation is possible.
このように不凍水が凍結すると、反応ガス供給路からMEA内部に至る細孔が氷で閉ざされてしまい、供給された反応ガスが、MEA内部の反応部位(触媒表面)まで到達できなくなる。このようにMEA内部の不凍水が凍結した状態にもかかわらず、燃料電池は要求される出力電圧を発電しようとするため、発電に利用できる領域では、局所的に電流密度が高くなることになる。したがって、MEAの一部の電流密度が過大になり、この部分でMEAの劣化が促進されるおそれがあった。 When the antifreeze water freezes in this way, the pores extending from the reaction gas supply path to the inside of the MEA are closed with ice, and the supplied reaction gas cannot reach the reaction site (catalyst surface) inside the MEA. In this way, the fuel cell attempts to generate the required output voltage despite the fact that the antifreeze water inside the MEA is frozen, so that the current density locally increases in the region that can be used for power generation. Become. Therefore, the current density of a part of the MEA becomes excessive, and the deterioration of the MEA may be promoted in this part.
上述の特許文献1の燃料電池システムは、氷点下(0℃以下)であっても、燃料電池の温度が所定温度に達していれば、発電を開始する。したがって、この燃料電池が一旦極低温環境に晒されて、MEA内部の不凍水が凍結した状態であった場合は、MEA内部の氷が形成された領域を発電に利用できなくなり、MEAの劣化が促進されることになる。
The fuel cell system disclosed in
本発明は、燃料電池が極低温環境に晒された場合でも、この燃料電池の劣化を抑制できる燃料電池ステムおよび燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell stem and a fuel cell control method capable of suppressing deterioration of the fuel cell even when the fuel cell is exposed to a cryogenic environment.
(1) 膜(例えば、実施の形態における固体高分子膜123)と、この膜を挟んで設けられたアノード電極(例えば、実施の形態におけるアノード電極121)およびカソード電極(例えば、実施の形態におけるカソード電極122)と、を備え、前記アノード電極およびカソード電極に供給される反応ガスの反応により発電する燃料電池(例えば、実施の形態における燃料電池10)と、当該燃料電池を制御する制御手段(例えば、実施の形態における制御装置30)と、を備える燃料電池システムであって、前記電極の温度を検出する温度検出手段(例えば、実施の形態における温度センサ31)をさらに備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止期間中における前記電極の最低温度が、前記電極内部の水分が凍結したと判断できる第1の温度以下になったか否かを判定する凍結判定手段(例えば、実施の形態における凍結判定手段41)と、前記電極の温度が、前記凍結した水分が解凍したと判断できる第2の温度以上になったか否かを判定する解凍判定手段(例えば、実施の形態における解凍判定手段42)と、前記燃料電池の起動が要求されても、前記凍結判定手段により前記燃料電池の停止期間中の最低温度が前記第1の温度以下になったと判定された場合、前記解凍判定手段により前記電極の温度が前記第2の温度以上になったと判定されるまで、前記燃料電池の発電を禁止する発電禁止手段(例えば、実施の形態における発電禁止手段43)と、を備えることを特徴とする燃料電池システム(例えば、実施の形態における燃料電池システム1)。
(1) A membrane (for example, the
ここで、反応ガスとしては、例えば、水素ガスや、酸素を含む空気が挙げられる。また、第1の温度としては、例えば、マイナス40℃程度の極低温であり、第2の温度としては、例えば、0℃である。 Here, examples of the reactive gas include hydrogen gas and air containing oxygen. The first temperature is, for example, an extremely low temperature of about minus 40 ° C., and the second temperature is, for example, 0 ° C.
(1)の発明によれば、燃料電池システムに温度検出手段を設け、さらに、制御手段に、凍結判定手段、解凍判定手段、および発電禁止手段を設けた。
これにより、燃料電池の停止期間中における電極の最低温度が第1の温度以下になったと判断した場合には、この電極の温度が第2の温度以上になったと判断するまで、燃料電池の発電を禁止する。
よって、例えば、燃料電池が極低温環境に晒されて、電極内部の不凍水が凍結した場合でも、凍結した不凍水が解凍するまで燃料電池の発電を禁止できるので、電極の一部の電流密度が高くなるのを防いで、燃料電池の劣化を抑制できる。
According to the invention of (1), the fuel cell system is provided with the temperature detecting means, and the control means is further provided with the freeze determining means, the thawing determining means, and the power generation prohibiting means.
Thereby, when it is determined that the minimum temperature of the electrode during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than the first temperature, the power generation of the fuel cell is performed until it is determined that the temperature of the electrode is equal to or higher than the second temperature. Is prohibited.
Thus, for example, even when the fuel cell is exposed to a cryogenic environment and the antifreeze water inside the electrode is frozen, the power generation of the fuel cell can be prohibited until the frozen antifreeze water thaws. It is possible to prevent the current density from becoming high and to suppress the deterioration of the fuel cell.
(2) 前記燃料電池を暖機する暖機手段(例えば、実施の形態における外部ヒータ15)をさらに備え、前記制御手段は、前記発電禁止手段により発電が禁止されている期間、前記暖機手段を作動させる暖機制御手段(例えば、実施の形態における暖機制御手段44)を備えることを特徴とする(1)に記載の燃料電池システム。
(2) Warming-up means (for example, the
(2)の発明によれば、暖機手段を設け、さらに、制御手段に、発電禁止手段により発電が禁止されている期間、暖機手段を作動させる暖機制御手段を設けた。
よって、外気温が低い場合でも、外気温の上昇により凍結した不凍水が自然解凍するのを待つことなく、暖機手段により凍結した不凍水を解凍できるから、外気温に左右されずに燃料電池を起動できる。また、暖機手段を作動することで、燃料電池の発電が禁止される期間を短縮でき、燃料電池を早期に起動できる。
According to the invention of (2), the warm-up means is provided, and the control means is further provided with the warm-up control means for operating the warm-up means during the period in which power generation is prohibited by the power generation prohibition means.
Therefore, even when the outside air temperature is low, the antifreezing water frozen by the warm-up means can be thawed without waiting for the freezing antifreeze water to naturally thaw due to the rise in the outside air temperature. The fuel cell can be activated. Further, by operating the warm-up means, the period during which the power generation of the fuel cell is prohibited can be shortened, and the fuel cell can be started early.
(3) 膜と、この膜を挟んで設けられたアノード電極およびカソード電極と、を備え、前記アノード電極およびカソード電極に供給される反応ガスの反応により発電する燃料電池の制御方法であって、前記燃料電池の停止期間中における前記電極の最低温度が、前記電極内部の水分が凍結したと判断できる第1の温度以下になったか否かを判定し、前記燃料電池の起動が要求されても、前記燃料電池の停止期間中の最低温度が前記第1の温度以下になったと判定した場合、前記燃料電池の発電を禁止し、前記電極の温度が、前記凍結した水分が解凍したと判断できる第2の温度以上になったか否かを判定し、前記電極の温度が前記第2の温度以上になったと判定した場合、前記燃料電池の発電を開始することを特徴とする燃料電池の制御方法。 (3) A control method for a fuel cell comprising a membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided across the membrane, and generating power by reaction of a reaction gas supplied to the anode electrode and the cathode electrode, Even if the minimum temperature of the electrode during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than a first temperature at which it is possible to determine that the moisture inside the electrode has been frozen, the fuel cell is requested to start. When it is determined that the minimum temperature during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than the first temperature, power generation of the fuel cell is prohibited, and the temperature of the electrode can be determined that the frozen moisture has thawed. It is determined whether or not the temperature is equal to or higher than a second temperature, and when it is determined that the temperature of the electrode is equal to or higher than the second temperature, power generation of the fuel cell is started. .
(3)の発明によれば、上述の(1)と同様の効果がある。 According to the invention of (3), there is an effect similar to the above (1).
本発明によれば、燃料電池の停止期間中における電極の最低温度が第1の温度以下になったと判断した場合には、この電極の温度が第2の温度以上になったと判断するまで、燃料電池の発電を禁止する。よって、例えば、燃料電池が極低温環境に晒されて、電極内部の不凍水が凍結した場合でも、凍結した不凍水が解凍するまで燃料電池の発電を禁止できるので、電極の一部の電流密度が高くなるのを防いで、燃料電池の劣化を抑制できる。 According to the present invention, when it is determined that the minimum temperature of the electrode during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than the first temperature, the fuel is maintained until it is determined that the temperature of the electrode is equal to or higher than the second temperature. Prohibit battery power generation. Therefore, for example, even when the fuel cell is exposed to a cryogenic environment and the antifreeze water inside the electrode is frozen, the power generation of the fuel cell can be prohibited until the frozen antifreeze water thaws. It is possible to prevent the current density from becoming high and to suppress the deterioration of the fuel cell.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池10と、この燃料電池10に反応ガスとしての水素ガスや空気を供給する供給装置20と、燃料電池10および供給装置20を制御する制御手段としての制御装置30とを有する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a
The
図2は、燃料電池10を構成するセル11の断面図である。
すなわち、燃料電池10は、例えば、数十個から数百個のセル11が積層されたスタック構造である。各セル11は、膜電極構造体(MEA)12を一対のセパレータ13A、13Bで挟持して構成される。MEA12は、膜としての固体高分子膜123と、この固体高分子膜123を挟持するアノード電極(陽極)121およびカソード電極(陰極)122と、で構成される。
両電極121、122は、固体高分子膜123に接して酸化・還元反応を行う触媒層121A、122Aと、この触媒層121A、122Aに接するガス拡散層121B、122Bとから形成される。
ガス拡散層121Bに接合されたセパレータ13Aには、水素流通溝131が形成され、また、ガス拡散層122Bとセパレータ13Bとの間には、空気流通溝132が形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
That is, the fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of
Both
A
図1に戻って、このような燃料電池10は、アノード電極(陽極)側に反応ガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極(陰極)側に反応ガスとしての酸素を含む空気が供給されると、電気化学反応により発電する。
また、燃料電池10には、暖機手段としての外部ヒータ15が設けられている。この外部ヒータ15としては、触媒燃焼ヒータや電気ヒータが挙げられる。
Referring back to FIG. 1, in such a fuel cell 10, hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode (anode) side, and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode (cathode) side. And generate electricity by electrochemical reaction.
Further, the fuel cell 10 is provided with an
供給装置20は、燃料電池10のカソード電極側に空気を供給するコンプレッサ21と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク22およびエゼクタ28と、を含んで構成される。
The
コンプレッサ21は、エア供給路23を介して、燃料電池10のカソード電極側に接続されている。
また、燃料電池10のカソード電極側には、エア排出路24が接続され、このエア排出路24の先端側には、背圧弁241が設けられる。
The
An
水素タンク22は、水素供給路25を介して、燃料電池10のアノード電極側に接続されている。この水素供給路25には、上述のエゼクタ28が設けられている。また水素供給路25のうち水素タンク22とエゼクタ28との間には、圧力調整弁251が設けられている。
The
また、燃料電池10のアノード電極側には、水素排出路26が接続され、この水素排出路26の先端側には、パージ弁261が設けられている。この水素排出路26のうち燃料電池10の近傍には、温度検出手段としての温度センサ31が設けられている。また、水素排出路26のうちパージ弁261よりもアノード電極側では、水素排出路26が分岐されて、上述のエゼクタ28に接続されている。
Further, a
エゼクタ28は、水素排出路26の分岐路を通して、水素排出路26に流れた水素ガスを回収し、水素供給路25に還流する。
The
また、上述のコンプレッサ21、背圧弁241、外部ヒータ15、パージ弁261、および圧力調整弁251は、後述の制御装置30により制御される。また、この制御装置30には、上述の温度センサ31が接続されている。
The
燃料電池10で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、パージ弁261を閉じておき、圧力調整弁251を開いて、水素タンク22から、水素供給路25を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。また、コンプレッサ21を駆動させることにより、エア供給路23を介して、燃料電池10のカソード側に空気を供給する。
燃料電池10に供給された水素ガスおよび空気は、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路26およびエア排出路24に流入する。このとき、パージ弁261は閉じているので、水素排出路26に流れた水素ガスは、エゼクタ28に還流されて再利用される。
その後、パージ弁261および背圧弁241を適当な開度で開くことにより、水素ガス、空気、および残留水が、水素排出路26およびエア排出路24から排出される。
The procedure for generating power with the fuel cell 10 is as follows.
That is, the
The hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied to the power generation system, and then flow into the
Thereafter, by opening the
図3は、制御装置30のブロック図である。
制御装置30は、凍結判定手段41、解凍判定手段42、発電禁止手段43、および暖機制御手段44を備える。
FIG. 3 is a block diagram of the
The
温度センサ31は、水素排出路26を通る水素ガスの温度を測定して、電極121、122の温度として制御装置30に送信する。この温度センサ31は、燃料電池10が発電している期間に限らず、停止している期間も、継続して温度を測定する。
The
また、制御装置30には、図示しないイグニッションスイッチが接続される。このイグニッションスイッチは、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従ってオン/オフ信号を制御装置30に送信する。制御装置30は、イグニッションスイッチのオン/オフに従って、燃料電池10の発電を行う。
Further, an ignition switch (not shown) is connected to the
図4は、燃料電池の監視中の温度と電極121、122の発電有効面積との関係を示す図である。
上述したように、極低温環境では、MEAに含まれる不凍水が凍結する。この不凍水が凍結してしまうと、その不凍水からなる氷の挙動は、通常の氷と同様になるため、MEA内部の温度が0℃以上になるまで、凍結した不凍水は完全に融解しない。
具体的には、図4に示すように、例えば、燃料電池10を停止することにより、燃料電池10の温度が低下すると、電極121、122の発電有効面積は、経路Aに沿って低下する。その後、燃料電池10を起動することにより、燃料電池10の温度が上昇すると、電極121、122の発電有効面積は、経路A´、B、C、D、E、Fに沿って増加する。
ここで、燃料電池10の温度が極低温に達することなく上昇に転じた場合には、不凍水が凍結しないため、発電有効面積は、経路A´に沿って増加する。すなわち、発電有効面積は、燃料電池10の温度が低下する場合でも、上昇する場合でも、同一の経路に沿って変化する。
一方、燃料電池10の温度が極低温に達した後に上昇に転じた場合には、不凍水が凍結するため、発電有効面積は、経路B〜Fに沿って増加する。すなわち、発電有効面積は、燃料電池10の温度が低下する場合と、上昇する場合とで、異なる経路に沿って変化する(ヒステリシス特性)。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the temperature during monitoring of the fuel cell and the power generation effective area of the
As described above, the antifreeze water contained in the MEA is frozen in a cryogenic environment. If this antifreeze water freezes, the behavior of the ice made from the antifreeze water becomes the same as that of normal ice, so the frozen antifreeze water is completely until the temperature inside the MEA reaches 0 ° C or higher. Do not melt.
Specifically, as illustrated in FIG. 4, for example, when the temperature of the fuel cell 10 is decreased by stopping the fuel cell 10, the power generation effective area of the
Here, when the temperature of the fuel cell 10 starts to rise without reaching an extremely low temperature, the antifreezing water does not freeze, so that the power generation effective area increases along the path A ′. That is, the power generation effective area changes along the same path regardless of whether the temperature of the fuel cell 10 decreases or increases.
On the other hand, when the temperature of the fuel cell 10 starts to rise after reaching an extremely low temperature, the antifreezing water freezes, so that the power generation effective area increases along the paths B to F. That is, the power generation effective area varies along different paths (hysteresis characteristics) depending on whether the temperature of the fuel cell 10 decreases or increases.
凍結判定手段41は、温度センサ31で測定された燃料電池10の温度のうち最低のものを最低温度として記憶しておき、監視中の燃料電池10の電極121、122の最低温度が第1の温度としての極低温以下であるか否か、すなわち、電極121、122内部の不凍水が凍結したと判断できる温度以下になったか否かを判定する。
The freezing determination means 41 stores the lowest temperature of the fuel cell 10 measured by the
解凍判定手段42は、電極121、122の温度が第2の温度としての0℃以上であるか否か、すなわち、凍結した水分が解凍したと判断できる温度以上になったか否かを判定する。
The thawing determination means 42 determines whether or not the temperature of the
発電禁止手段43は、燃料電池10の起動が要求されても、凍結判定手段41により燃料電池10の停止期間中の最低温度が極低温以下になったと判定された場合、解凍判定手段で電極121、122の温度が0℃以上になったと判定されるまで、燃料電池10の発電を禁止する。
Even if the fuel cell 10 is requested to start up, the power
暖機制御手段44は、発電禁止手段43により発電が禁止されている期間、外部ヒータ15を作動させる。
The warm-up
以上の燃料電池システム1の動作について、図5のフローチャートを参照しながら説明する。
最初は、イグニッションスイッチ(IG)がオフされた状態である(ST1)。この状態では、温度センサ31により燃料電池10の温度を測定し、凍結判定手段41によりこの燃料電池10の最低温度を記憶して、燃料電池10の温度を監視している。(ST2)。
The operation of the
Initially, the ignition switch (IG) is turned off (ST1). In this state, the temperature of the fuel cell 10 is measured by the
その後、イグニッションスイッチ(IG)がオンされると(ST3)、凍結判定手段41により、記憶した監視中の燃料電池10の最低温度が極低温以下であるか否かを判定する(ST4)。この判定が“NO”のときは、後述のST8に移る。 Thereafter, when the ignition switch (IG) is turned on (ST3), the freezing determination means 41 determines whether or not the stored minimum temperature of the monitored fuel cell 10 is extremely low (ST4). When this determination is “NO”, the process proceeds to ST8 described later.
一方、この判定が“YES”のときは、発電禁止手段43により、燃料電池10の発電を禁止して(ST5)、暖機制御手段44により、外部ヒータ15を作動する(ST6)。
続いて、温度センサ31で計測した燃料電池10の電極121、122の温度が0℃以上であるか否かを判定する(ST7)。この判定が“NO”のときは、凍結した不凍水が完全に解凍していないので、ST5、ST6に戻って、引き続き、燃料電池10の発電を禁止して外部ヒータ15を作動する。一方、この判定が“YES”のときは、凍結した不凍水がほぼ解凍したと考えられるので、通常の発電制御を行う(ST8)。
On the other hand, when this determination is “YES”, the power
Subsequently, it is determined whether or not the temperature of the
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)燃料電池システム1に温度センサ31を設け、さらに、制御装置30に、凍結判定手段41、解凍判定手段42、および発電禁止手段43を設けた。
これにより、燃料電池10の停止期間中における電極121、122の最低温度が極低温以下になったと判断した場合には、この電極121、122の温度が0℃以上になったと判断するまで、燃料電池10の発電を禁止する。
よって、例えば、燃料電池10が極低温環境に晒されて、電極121、122内部の不凍水が凍結した場合でも、凍結した不凍水が解凍するまで燃料電池10の発電を禁止できるので、電極121、122の一部の電流密度が高くなるのを防いで、燃料電池10の劣化を抑制できる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) The
As a result, when it is determined that the minimum temperature of the
Therefore, for example, even when the fuel cell 10 is exposed to a cryogenic environment and the antifreeze water inside the
(2)外部ヒータ15を設け、さらに、制御装置30に、発電禁止手段43により発電が禁止されている期間、外部ヒータ15を作動させる暖機制御手段44を設けた。
よって、外気温が低い場合でも、外気温の上昇により凍結した不凍水が自然解凍するのを待つことなく、外部ヒータ15により凍結した不凍水を解凍できるから、外気温に左右されずに燃料電池10を起動できる。また、外部ヒータ15を作動することで、燃料電池10の発電が禁止される期間を短縮でき、燃料電池10を早期に起動できる。
(2) The
Therefore, even when the outside air temperature is low, the antifreeze water frozen by the
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
1…燃料電池システム
10…燃料電池
15…外部ヒータ
30…制御装置(制御手段)
31…温度センサ(温度検出手段)
41…凍結判定手段
42…解凍判定手段
43…発電禁止手段
44…暖機制御手段
121…アノード電極
122…カソード電極
123…固体高分子膜(膜)
DESCRIPTION OF
31 ... Temperature sensor (temperature detection means)
41 ... Freezing determination means 42 ... Defrosting determination means 43 ... Power generation prohibiting means 44 ... Warm-up control means 121 ...
Claims (3)
前記電極の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記燃料電池の停止期間中における前記電極の最低温度が、前記電極内部の水分が凍結したと判断できる第1の温度以下になったか否かを判定する凍結判定手段と、
前記電極の温度が、前記凍結した水分が解凍したと判断できる第2の温度以上になったか否かを判定する解凍判定手段と、
前記燃料電池の起動が要求されても、前記凍結判定手段により前記燃料電池の停止期間中の最低温度が前記第1の温度以下になったと判定された場合、前記解凍判定手段により前記電極の温度が前記第2の温度以上になったと判定されるまで、前記燃料電池の発電を禁止する発電禁止手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that includes a membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided across the membrane, and that generates power by reaction of a reaction gas supplied to the anode electrode and the cathode electrode, and a control means for controlling the fuel cell A fuel cell system comprising:
A temperature detecting means for detecting the temperature of the electrode;
The control means includes
Freezing determination means for determining whether or not the minimum temperature of the electrode during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than a first temperature at which it is possible to determine that moisture inside the electrode is frozen;
Thawing determination means for determining whether the temperature of the electrode is equal to or higher than a second temperature at which it can be determined that the frozen moisture has been thawed;
Even if the start of the fuel cell is requested, when the freezing determination means determines that the minimum temperature during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than the first temperature, the thawing determination means determines the temperature of the electrode. A fuel cell system, comprising: a power generation prohibiting unit that prohibits power generation of the fuel cell until it is determined that the temperature is equal to or higher than the second temperature.
前記制御手段は、前記発電禁止手段により発電が禁止されている期間、前記暖機手段を作動させる暖機制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 Further comprising warming-up means for warming up the fuel cell;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit includes a warm-up control unit that operates the warm-up unit during a period in which power generation is prohibited by the power generation prohibiting unit.
前記燃料電池の停止期間中における前記電極の最低温度が、前記電極内部の水分が凍結したと判断できる第1の温度以下になったか否かを判定し、
前記燃料電池の起動が要求されても、前記燃料電池の停止期間中の最低温度が前記第1の温度以下になったと判定した場合、前記燃料電池の発電を禁止し、
前記電極の温度が、前記凍結した水分が解凍したと判断できる第2の温度以上になったか否かを判定し、
前記電極の温度が前記第2の温度以上になったと判定した場合、前記燃料電池の発電を開始することを特徴とする燃料電池の制御方法。 A control method for a fuel cell comprising a membrane, and an anode electrode and a cathode electrode provided between the membrane, and generating power by reaction of a reaction gas supplied to the anode electrode and the cathode electrode,
Determining whether the minimum temperature of the electrode during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than a first temperature at which it is possible to determine that the moisture inside the electrode has been frozen;
When it is determined that the minimum temperature during the stop period of the fuel cell is equal to or lower than the first temperature even when the fuel cell is requested to start,
Determining whether the temperature of the electrode is equal to or higher than a second temperature at which the frozen moisture can be determined to have been thawed;
A fuel cell control method, comprising: starting power generation of the fuel cell when it is determined that the temperature of the electrode has become equal to or higher than the second temperature.
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