JP2008004445A - Fuel cell system - Google Patents

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義隆 小野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To consume oxidant gas present in an oxidant electrode in a short time and in a low deterioration state in the stop of a system. <P>SOLUTION: A control part 31 supplies hydrogen to a fuel electrode of a fuel cell stack 1 as stop control executing in the stop of the system, controls a current taking out part 30 according to a state of the fuel cell stack 1 in a state that the supply of oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is stopped. The oxidant gas in the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is consumed in accordance with the current taken out by the current taking out part 30. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、システムの停止時に実行される停止制御に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to stop control executed when the system is stopped.

従来より、燃料極に燃料ガス(例えば、水素)を供給し、酸化剤極に酸化剤ガス(例えば、空気)を供給することにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムが知られている。この類の燃料電池システムでは、システム起動時に、酸化剤極および燃料極の両者に空気が存在している場合、燃料極側に存在する空気と新たに供給される水素との境界面である水素フロントの存在によって燃料電池スタックが劣化してしまう可能性がある。具体的には、燃料極側において水素フロントが存在する場合、燃料極側のうち水素が存在しない領域と対峙する酸化剤極側において、以下の反応が生じる。   Conventionally, a fuel gas (for example, hydrogen) is supplied to the fuel electrode, and an oxidant gas (for example, air) is supplied to the oxidant electrode, whereby these gases are reacted electrochemically to generate power. A fuel cell system including a battery is known. In this type of fuel cell system, when air is present in both the oxidant electrode and the fuel electrode at the time of system startup, the hydrogen that is the interface between the air present on the fuel electrode side and newly supplied hydrogen The presence of the front may cause the fuel cell stack to deteriorate. Specifically, when the hydrogen front exists on the fuel electrode side, the following reaction occurs on the oxidant electrode side facing the region where no hydrogen exists on the fuel electrode side.

C+2HO→CO+4H+4e
この反応により、白金等の触媒を担持しているカーボン担体の腐食が起こり、燃料電池スタックを劣化させてしまう。そのため、このような劣化を抑制した種々の起動手法が開発されているが、起動時の劣化の原因が酸化剤極および燃料極の両者に空気が存在していることという点に鑑みれば、停止時に何らかの処置を行うことにより、起動時の劣化を抑制することも考えられる。
C + 2H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e
By this reaction, corrosion of the carbon carrier carrying a catalyst such as platinum occurs and the fuel cell stack is deteriorated. For this reason, various start-up methods that suppress such deterioration have been developed. However, in view of the fact that the cause of deterioration during start-up is air in both the oxidizer electrode and the fuel electrode, stop It is also conceivable to suppress deterioration at startup by taking some measures at times.

例えば、特許文献1には、燃料電池の停止方法が開示されている。かかる方法では、燃料電池と接続する負荷の接続を解除し、酸化剤極への空気の流れを停止し、燃料電池内の酸素と水素を反応させることにより、酸素が燃料極と酸化剤極の中に残らなくなり、かつ、燃料極と酸化剤極の中の気体組成が少なくとも0.0001%の水素と残部の燃料電池不活性ガスとから成る平衡気体組成に達するまで、酸化剤極の中に残っている酸素の濃度を低下させ、かつ、燃料電池内の水素の濃度を上昇させる。そして、平衡気体組成に到達すると、システムが停止されている間、少なくとも0.0001%の水素と残部の燃料電池不活性ガスとから成る気体組成が維持される。
特表2005−518632号公報
For example, Patent Document 1 discloses a method for stopping a fuel cell. In such a method, the load connected to the fuel cell is disconnected, the flow of air to the oxidant electrode is stopped, and oxygen and hydrogen in the fuel cell are caused to react with each other, thereby allowing oxygen to flow between the fuel electrode and the oxidant electrode. In the oxidizer electrode until no gas remains in it and the gas composition in the fuel electrode and oxidant electrode reaches an equilibrium gas composition comprising at least 0.0001% hydrogen and the remainder of the fuel cell inert gas. The concentration of remaining oxygen is decreased, and the concentration of hydrogen in the fuel cell is increased. When the equilibrium gas composition is reached, a gas composition consisting of at least 0.0001% hydrogen and the balance fuel cell inert gas is maintained while the system is shut down.
JP 2005-518632 A

ところで、停止時に酸化剤極の酸素を消費させることは、起動時の劣化を抑制するための手法として有効であるものの、この酸素の消費の際にも、燃料電池に生じる劣化を低減してこれを行うことが重要となる。また、エネルギー効率の観点からみれば、不要にエネルギーを費やすことなく、短時間で酸素の消費を行うことが重要である。   By the way, consuming oxygen at the oxidizer electrode at the time of stoppage is effective as a technique for suppressing deterioration at start-up. However, even when this oxygen is consumed, deterioration caused in the fuel cell is reduced. It is important to do. From the viewpoint of energy efficiency, it is important to consume oxygen in a short time without unnecessarily consuming energy.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、システムの停止時に、短時間に、かつ、劣化が少ない状態で酸化剤極に存在する酸化剤ガスの消費動作を行うことである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to perform an operation of consuming oxidant gas existing in the oxidant electrode in a short time and with little deterioration when the system is stopped. is there.

かかる課題を解決するために、本発明は、燃料電池と、酸化剤ガス系と、燃料ガス系と、燃料ガス系と、酸化剤系規制手段と、燃料系規制手段と、電流取出手段と、制御手段とを有する燃料電池システムを提供する。ここで、燃料電池は、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生する。酸化剤ガス系は、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、酸化剤極から酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路とを含む。燃料ガス系は、燃料電池の燃料極から燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路を含む。酸化剤系規制手段は、酸化剤ガス系に設けられており、自己の動作状態に応じて、酸化剤ガス系から燃料電池への外気の進入を規制する。燃料系規制手段は、燃料ガス系に設けられており、自己の動作状態に応じて、燃料ガス系から燃料電池への外気の進入を規制する。電流取出手段は、燃料電池から電流を取り出す。制御手段は、酸化剤系規制手段と、燃料系規制手段と、電流取出手段とを制御する。この場合、制御手段は、システムの停止時に実行する停止制御として、燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給し、かつ、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスの供給を停止した状態で、燃料電池の状態に応じて電流取出手段を制御することにより、この電流取出手段が取り出す電流に応じて燃料電池の酸化剤極における酸化剤ガスを消費させる。   In order to solve such problems, the present invention provides a fuel cell, an oxidant gas system, a fuel gas system, a fuel gas system, an oxidant system regulating means, a fuel system regulating means, a current extraction means, A fuel cell system having a control means is provided. Here, in the fuel cell, fuel gas is supplied to the fuel electrode, and oxidant gas is supplied to the oxidant electrode, whereby the fuel gas and the oxidant gas are reacted electrochemically to generate electric power. To do. The oxidant gas system includes an oxidant gas supply channel that supplies oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell, and an oxidant gas discharge channel that discharges oxidant gas from the oxidant electrode. The fuel gas system includes a fuel gas discharge passage for discharging fuel gas from the fuel electrode of the fuel cell. The oxidant system restricting means is provided in the oxidant gas system, and restricts the entry of outside air from the oxidant gas system to the fuel cell according to its own operating state. The fuel system regulating means is provided in the fuel gas system and regulates the entry of outside air from the fuel gas system to the fuel cell according to its own operating state. The current extraction means extracts current from the fuel cell. The control unit controls the oxidant system regulation unit, the fuel system regulation unit, and the current extraction unit. In this case, as a stop control executed when the system is stopped, the control means supplies the fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell and stops the supply of the oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell. By controlling the current extraction means according to the state of the battery, the oxidant gas in the oxidant electrode of the fuel cell is consumed according to the current taken out by the current extraction means.

本発明によれば、燃料極に燃料ガスを供給した状態で、燃料電池から電流を取り出すことにより、酸化剤極に存在する酸素を消費することができる。この際、燃料電池の状態に応じて電流を取り出すことにより、余分な時間やエネルギーを費やすことを抑制することができるので、短時間かつ燃料電池の劣化が起こり難い状態で、酸化剤極における酸化剤ガスの消費を行うができる。また、停止時に酸化剤極の酸化剤ガスを消費することにより、燃料電池の起動時に酸化剤極に存在する酸化剤ガス量を低減することができるので、起動時の劣化を有効に抑制することができる。   According to the present invention, oxygen present in the oxidizer electrode can be consumed by taking out the current from the fuel cell in a state where the fuel gas is supplied to the fuel electrode. At this time, by taking out the current in accordance with the state of the fuel cell, it is possible to suppress spending of extra time and energy. The agent gas can be consumed. In addition, by consuming the oxidant gas at the oxidant electrode when the fuel cell is stopped, the amount of oxidant gas present at the oxidant electrode can be reduced when the fuel cell is started. Can do.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで酸化剤極と燃料極とを対設した燃料電池構造体(燃料電池セル)をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成される燃料電池スタック1を備える。この燃料電池スタック1は、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして酸素(具体的には、酸素を含む空気)を用いるケースについて説明する。この燃料電池システムは、例えば、車両を駆動する電動モータの電源として、車両に搭載して使用される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. A fuel cell system comprises a fuel cell structure (fuel cell) in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode, sandwiched by separators, and a fuel that is formed by stacking a plurality of fuel cells. A battery stack 1 is provided. In the fuel cell stack 1, fuel gas is supplied to the fuel electrode, and oxidant gas is supplied to the oxidant electrode, whereby these gases are reacted electrochemically to generate electric power. In the present embodiment, a case will be described in which hydrogen is used as the fuel gas and oxygen (specifically, air containing oxygen) is used as the oxidant gas. This fuel cell system is mounted on a vehicle and used as a power source for an electric motor that drives the vehicle, for example.

燃料電池システムには、燃料電池スタック1に水素を供給するための水素系10と、燃料電池スタック1に空気を供給するための空気系20とが備えられている。   The fuel cell system includes a hydrogen system 10 for supplying hydrogen to the fuel cell stack 1 and an air system 20 for supplying air to the fuel cell stack 1.

水素系10において、燃料ガスである水素は、燃料供給装置(例えば、高圧水素ボンベである燃料タンク11)から、水素供給流路L10を介して燃料電池スタック1に供給される。具体的には、燃料タンク11下流の水素供給流路L10には水素供給弁12が設けられており、この水素供給弁12が開状態となると、燃料タンク11からの高圧水素ガスは、その下流に設けられた減圧弁(図示せず)によって機械的に所定の圧力まで減圧される。減圧された水素は、減圧弁よりも下流に設けられた水素調圧弁13によって更に減圧された後に、燃料電池スタック1に供給される。水素供給弁12は、燃料電池スタック1への水素供給の必要性に応じて、後述する制御装置3によってその開閉状態が制御され、また、水素調圧弁13は、燃料電池スタック1へ供給される水素圧力が所望の値となるように、制御装置3によってその開度が制御される。   In the hydrogen system 10, hydrogen, which is a fuel gas, is supplied to the fuel cell stack 1 from a fuel supply device (for example, a fuel tank 11 that is a high-pressure hydrogen cylinder) via a hydrogen supply channel L10. Specifically, a hydrogen supply valve 12 is provided in the hydrogen supply flow path L10 downstream of the fuel tank 11, and when the hydrogen supply valve 12 is opened, the high-pressure hydrogen gas from the fuel tank 11 flows downstream thereof. The pressure is mechanically reduced to a predetermined pressure by a pressure-reducing valve (not shown) provided in the. The depressurized hydrogen is further depressurized by a hydrogen pressure regulating valve 13 provided downstream of the depressurizing valve, and then supplied to the fuel cell stack 1. The open / close state of the hydrogen supply valve 12 is controlled by a control device 3 to be described later according to the necessity of hydrogen supply to the fuel cell stack 1, and the hydrogen pressure regulating valve 13 is supplied to the fuel cell stack 1. The opening degree is controlled by the control device 3 so that the hydrogen pressure becomes a desired value.

燃料電池スタック1の燃料極側から排出されるガス(未使用の水素を含む排出ガス)は、水素循環流路L11へと排出される。この水素循環流路L11は、他方の端部が水素調圧弁13よりも下流側の水素供給流路L10に接続されている。水素循環流路L11には、例えば、水素循環ポンプ14およびエゼクタ15といった水素循環手段が設けられている。この水素循環手段により、燃料極の排出側から排出された水素はその供給側へと循環され、水素の燃費向上を図ることができる。   Gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 1 (exhaust gas containing unused hydrogen) is discharged to the hydrogen circulation passage L11. The other end of the hydrogen circulation flow path L11 is connected to the hydrogen supply flow path L10 on the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 13. The hydrogen circulation passage L11 is provided with hydrogen circulation means such as a hydrogen circulation pump 14 and an ejector 15, for example. By this hydrogen circulation means, the hydrogen discharged from the discharge side of the fuel electrode is circulated to the supply side, and the fuel consumption of hydrogen can be improved.

ところで、酸化剤ガスとして空気を用いた場合、空気中の窒素が酸化剤極から燃料極に透過するため、水素系10におけるガスの窒素濃度が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。そのため、水素循環流路L11には、水素系10内のガスを外部に排出する水素排出流路L12が接続されている(すなわち、水素循環流路L11の一部は、燃料極から水素を排出する水素排出流路L12としても機能する)。水素排出流路L12には、パージ弁16が設けられており、このパージ弁16の開閉状態を切り替えることにより、水素循環流路L11を流れる排出ガス(窒素、未使用な水素等を含むガス)が外部に排出される。パージ弁16の開閉状態は、制御装置3によって、燃料電池スタック1の運転状態に応じて制御される。例えば、パージ弁16は、基本的に閉状態に制御されているが、燃料極における窒素濃度を推定して、或いは、所定の周期毎に、必要に応じて閉状態から開状態へと切り替えられるといった如くである。これにより、未反応な水素とともに窒素が水素系からパージされ、水素分圧の減少を抑制することができる。   By the way, when air is used as the oxidant gas, since nitrogen in the air permeates from the oxidant electrode to the fuel electrode, the nitrogen concentration of the gas in the hydrogen system 10 tends to increase and the hydrogen partial pressure tends to decrease. For this reason, the hydrogen circulation flow path L11 is connected to a hydrogen discharge flow path L12 for discharging the gas in the hydrogen system 10 to the outside (that is, a part of the hydrogen circulation flow path L11 discharges hydrogen from the fuel electrode). It also functions as a hydrogen discharge flow path L12). A purge valve 16 is provided in the hydrogen discharge flow path L12, and an exhaust gas (a gas containing nitrogen, unused hydrogen, etc.) flowing through the hydrogen circulation flow path L11 by switching the open / close state of the purge valve 16 Is discharged to the outside. The open / close state of the purge valve 16 is controlled by the control device 3 according to the operating state of the fuel cell stack 1. For example, the purge valve 16 is basically controlled to be in a closed state, but can be switched from a closed state to an open state as necessary by estimating the nitrogen concentration in the fuel electrode or at predetermined intervals. It is like that. Thereby, nitrogen is purged from the hydrogen system together with unreacted hydrogen, and a decrease in hydrogen partial pressure can be suppressed.

また、本実施形態の特徴の一つとして、このパージ弁16は、自己の動作状態、すなわち、その開閉状態に応じて流路を開閉することにより、水素排出流路L12から燃料電池スタック1への外気(空気)の進入を規制する機能を担っている。ここで、水素供給流路L10の上流側には水素供給装置が存在していることに鑑みれば、水素系10から燃料電池スタック1へと進入する空気の要因は、水素排出流路L12の開放端のみとなる。換言すれば、このパージ弁16は、水素系10から燃料電池スタック1への外気の進入を規制する水素系規制手段として機能する。なお、本実施形態では、このパージ弁16を以下「水素系出口弁16」という。   Further, as one of the features of this embodiment, the purge valve 16 opens and closes the flow path according to its own operating state, that is, its open / closed state, so that the hydrogen discharge flow path L12 is connected to the fuel cell stack 1. It is responsible for regulating the entry of outside air (air). Here, in view of the presence of the hydrogen supply device upstream of the hydrogen supply flow path L10, the cause of the air entering the fuel cell stack 1 from the hydrogen system 10 is the opening of the hydrogen discharge flow path L12. Only at the edge. In other words, the purge valve 16 functions as a hydrogen system regulating unit that regulates the entry of outside air from the hydrogen system 10 into the fuel cell stack 1. In the present embodiment, the purge valve 16 is hereinafter referred to as a “hydrogen-based outlet valve 16”.

空気系20において、酸化剤ガスである空気は、例えば、大気がコンプレッサ21によって取り込まれて加圧されると、この加圧状態の空気が、空気供給流路L20を介して燃料電池スタック1に供給される。燃料電池スタック1の酸化剤極側から排出されるガス(酸素の一部が消費された空気)は、空気排出流路L21を介して外部(大気)に排出される。この空気排出流路L21には、空気調圧弁22が設けられている。空気調圧弁22は、燃料電池スタック1に供給される空気圧力と空気流量とが所望の値となるように、その開度が、コンプレッサ21の駆動量(回転数)とともに制御装置3によって制御される。   In the air system 20, for example, when the atmospheric air is taken in and compressed by the compressor 21, the compressed air is supplied to the fuel cell stack 1 via the air supply channel L 20. Supplied. Gas discharged from the oxidant electrode side of the fuel cell stack 1 (air in which a part of oxygen is consumed) is discharged to the outside (atmosphere) through the air discharge flow path L21. An air pressure regulating valve 22 is provided in the air discharge flow path L21. The opening of the air pressure regulating valve 22 is controlled by the control device 3 together with the drive amount (rotation speed) of the compressor 21 so that the air pressure and the air flow rate supplied to the fuel cell stack 1 have desired values. The

本実施形態の特徴の一つとして、空気系20には、この空気系20から燃料電池スタック1への外気の進入を規制する酸化剤系規制手段が設けられており、この酸化剤系規制手段は、空気系入口弁23と空気系出口弁24とで構成される。   As one of the features of the present embodiment, the air system 20 is provided with an oxidant system restricting means for restricting the entry of outside air from the air system 20 into the fuel cell stack 1, and this oxidant system restricting means. Is composed of an air system inlet valve 23 and an air system outlet valve 24.

空気系入口弁23は、空気供給流路L20に設けられており、自己の開閉状態に応じて流路を開閉することにより、空気供給流路L20から燃料電池スタック1への外気の進入を規制する。また、空気系出口弁24は、空気排出流路L21に設けられており、自己の開閉状態に応じて流路を開閉することにより、空気排出流路L21から燃料電池スタック1への外気の進入を規制する。空気系入口弁23と空気系出口弁24との間の空間の体積が最小となるようにとの観点から、空気系入口弁23は、空気供給流路L20において燃料電池スタック1の直上に設けられており、空気系出口弁24は、空気排出流路L21において燃料電池スタック1の直下に設けられている。そのため、空気供給流路L20に備えられている種々の要素のうち、空気系入口弁23が最も燃料電池スタック1に近い位置にレイアウトされ、この空気供給流路L20は空気系入口弁23と燃料電池スタック1との間に配管以外の部品を備えていない格好となっている。また、空気排出流路L21に備えられている種々の要素のうち、空気系出口弁24が最も燃料電池スタック1に近い位置にレイアウトされ、この空気排出流路L21は空気系出口弁24と燃料電池スタック1との間に配管以外の部品を備えていない格好となっている。   The air system inlet valve 23 is provided in the air supply flow path L20, and restricts the entry of outside air from the air supply flow path L20 into the fuel cell stack 1 by opening and closing the flow path according to its open / closed state. To do. In addition, the air system outlet valve 24 is provided in the air discharge passage L21, and the outside air enters the fuel cell stack 1 from the air discharge passage L21 by opening and closing the passage according to its own open / close state. To regulate. From the viewpoint of minimizing the volume of the space between the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24, the air system inlet valve 23 is provided immediately above the fuel cell stack 1 in the air supply flow path L20. The air system outlet valve 24 is provided immediately below the fuel cell stack 1 in the air discharge passage L21. For this reason, among the various elements provided in the air supply flow path L20, the air system inlet valve 23 is laid out at a position closest to the fuel cell stack 1, and this air supply flow path L20 is connected to the air system inlet valve 23 and the fuel. The battery stack 1 is not provided with any parts other than piping. Of the various elements provided in the air discharge channel L21, the air system outlet valve 24 is laid out at a position closest to the fuel cell stack 1, and the air exhaust channel L21 is connected to the air system outlet valve 24 and the fuel. The battery stack 1 is not provided with any parts other than piping.

制御装置3は、電流取出部30と、制御部31とを主体に構成されている。電流取出部30は、制御部31によって制御され、燃料電池スタック1から電流を取り出す。電流取出部30によって取り出された電流は、二次電池2等の負荷手段に供給される。制御部31は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従ってシステムの各部を制御することにより、燃料電池スタック1の運転状態を制御する。本実施形態との関係において、制御部31は、システムの停止時に実行する停止制御として、電流取出部30が電流を取り出す際の電流値または電圧値を制御し、また、水素系出口弁16、空気系入口弁23および空気系出口弁24の開閉状態を制御する。制御部31には、燃料電池システムの運転状態を検出するために、各種センサからの検出信号が入力されている。   The control device 3 is mainly configured by a current extraction unit 30 and a control unit 31. The current extraction unit 30 is controlled by the control unit 31 and extracts current from the fuel cell stack 1. The current extracted by the current extraction unit 30 is supplied to load means such as the secondary battery 2. The control unit 31 has a function of controlling the entire system in an integrated manner, and controls the operating state of the fuel cell stack 1 by controlling each part of the system according to the control program. In relation to the present embodiment, the control unit 31 controls a current value or a voltage value when the current extraction unit 30 extracts current as stop control executed when the system is stopped, and the hydrogen-based outlet valve 16, The open / close state of the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 is controlled. Detection signals from various sensors are input to the control unit 31 in order to detect the operating state of the fuel cell system.

図2,3は、電圧センサ32の説明図である。電圧センサ32は、燃料電池スタック1の電圧を検出するセンサである。図2(a)に示すように、電圧センサ32は、燃料電池スタック1を構成する個々の発電セル1aの電圧をそれぞれ検出する。ただし、電圧センサ32としては、図2(b)に示すように、複数の発電セル1aからなるセルユニットを検出単位として、それぞれのセルユニットの電圧を検出してもよい。また、これらの電圧センサ32から得られる電圧値の総和から、燃料電池スタック1の総体的な電圧を検出することもできる。   2 and 3 are explanatory diagrams of the voltage sensor 32. The voltage sensor 32 is a sensor that detects the voltage of the fuel cell stack 1. As shown in FIG. 2A, the voltage sensor 32 detects the voltages of the individual power generation cells 1a constituting the fuel cell stack 1, respectively. However, as the voltage sensor 32, as shown in FIG. 2B, the voltage of each cell unit may be detected using a cell unit composed of a plurality of power generation cells 1a as a detection unit. The total voltage of the fuel cell stack 1 can also be detected from the sum of the voltage values obtained from these voltage sensors 32.

さらに、個々の発電セル1aの電圧状態を正確にモニタリングする場合には、図3(a)に示すように、個々の発電セル1aを対象として、複数箇所、例えば、燃料ガスである水素の流れに対向する両端(すなわち、水素の供給側と排出側)に電圧センサ32をそれぞれ設けてもよい。また、この場合、電圧センサ32としては、図3(b)に示すように、セルユニットを検出単位として、それぞれのセルユニットの複数箇所に電圧センサ32を設けてもよい。   Furthermore, in the case of accurately monitoring the voltage state of each power generation cell 1a, as shown in FIG. 3A, the flow of hydrogen as a fuel gas, for example, at a plurality of locations for each power generation cell 1a. The voltage sensors 32 may be provided at both ends (that is, the hydrogen supply side and the discharge side) opposite to each other. In this case, as the voltage sensor 32, as shown in FIG. 3B, the cell unit may be provided as a detection unit, and the voltage sensor 32 may be provided at a plurality of locations of each cell unit.

水素圧力センサ33は、水素供給流路L10に設けられており、燃料電池スタック1の燃料極に供給される水素の圧力を検出するセンサである。空気圧力センサ34は、空気供給流路L20に設けられており、燃料電池スタック1の酸化剤極に供給される空気の圧力を検出するセンサである。空気流量センサ35は、空気供給流路L20を流れる空気の流量を検出するセンサである。   The hydrogen pressure sensor 33 is provided in the hydrogen supply flow path L10, and is a sensor that detects the pressure of hydrogen supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1. The air pressure sensor 34 is a sensor that is provided in the air supply flow path L <b> 20 and detects the pressure of air supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1. The air flow rate sensor 35 is a sensor that detects the flow rate of air flowing through the air supply flow path L20.

以下、このような構成を有する燃料電池システムにおいて実行される停止制御について説明する。図4は、本発明の第1の実施形態にかかる停止制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、車両のイグニッションスイッチのオフといったように、システムの停止を指示する信号の入力に対応して制御部31によって実行される。停止制御を開始する前提として、燃料電池スタック1に対する水素供給および空気供給は継続されている。そのため、水素循環ポンプ14、コンプレッサ21といった水素・空気供給に必要な各種機器は動作したままの状態となっている。   Hereinafter, stop control executed in the fuel cell system having such a configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a stop control procedure according to the first embodiment of the present invention. The process shown in this flowchart is executed by the control unit 31 in response to an input of a signal that instructs to stop the system, such as turning off the ignition switch of the vehicle. As a premise for starting the stop control, hydrogen supply and air supply to the fuel cell stack 1 are continued. Therefore, various devices necessary for hydrogen / air supply such as the hydrogen circulation pump 14 and the compressor 21 remain in operation.

まず、ステップ1(S1)において、制御部31は、燃料電池スタック1の酸化剤極への空気供給を停止する。具体的には、制御部31は、コンプレッサ21の運転を停止させる。   First, in step 1 (S1), the control unit 31 stops air supply to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1. Specifically, the control unit 31 stops the operation of the compressor 21.

ステップ2(S2)において、制御部31は、水素系出口弁16を閉じる。そのため、ステップ2の処理を実行した以降は、水素系出口弁16の閉弁に伴って、水素排出流路L12から燃料電池スタック1への外気(空気)の進入が規制される。   In step 2 (S2), the control unit 31 closes the hydrogen-based outlet valve 16. Therefore, after the process of step 2 is executed, the entry of outside air (air) from the hydrogen discharge flow path L12 to the fuel cell stack 1 is restricted as the hydrogen outlet valve 16 is closed.

ステップ3(S3)において、制御部31は、負荷取出制御を行う。負荷取出制御は、電流取出部30によって電流を取り出す際の電流値(または、電圧値)を制御するものである。この負荷取出制御によって、燃料電池スタック1の酸化剤極(広義には、酸化剤極に連通する空気系20も含む)における空気(酸素)を消費させる。なお、ステップ3の処理では、その前提として、水素供給弁12および水素調圧弁13が開状態のままとなっているため、負荷取出制御は、燃料電池スタック1に対する水素供給が継続されたままの状態で実行される。制御部31は、電流取出部30が取り出す電流の制御指令値である電流設定値を適宜決定し、この電流設定値に基づいて電流取出部30を制御することにより、燃料電池スタック1から電流を取り出す。   In step 3 (S3), the control unit 31 performs load extraction control. The load extraction control is to control the current value (or voltage value) when the current extraction unit 30 extracts current. By this load extraction control, air (oxygen) in the oxidant electrode (in a broad sense, including the air system 20 communicating with the oxidant electrode) of the fuel cell stack 1 is consumed. Note that, in the process of step 3, as a precondition, since the hydrogen supply valve 12 and the hydrogen pressure regulating valve 13 remain open, the load takeout control continues to supply hydrogen to the fuel cell stack 1. Executed in state. The control unit 31 appropriately determines a current setting value, which is a control command value for the current extracted by the current extraction unit 30, and controls the current extraction unit 30 based on the current setting value, thereby supplying current from the fuel cell stack 1. Take out.

ところで、負荷取出制御において、酸化剤極に存在する酸素を短時間で消費させるという点に鑑みれば、電流設定値は大きな値に設定することが好ましい。ただし、燃料電池スタック1から過大な電流を取り出した場合には、燃料極側において、水素の供給遅れや個々の発電セル1aへの供給バラツキ等が発生し、反応に必要な水素が不足し、これにより、燃料電池スタック1を劣化させてしまう可能性がある。そこで、制御部31は、酸素の消費に要する時間の短縮と、燃料極における水素不足の抑制という両者を考慮して、負荷取出制御を行う。   By the way, in view of the point that oxygen present in the oxidizer electrode is consumed in a short time in the load extraction control, it is preferable to set the current set value to a large value. However, when an excessive current is taken out from the fuel cell stack 1, hydrogen supply delay or supply variation to the individual power generation cells 1a occurs on the fuel electrode side, and hydrogen necessary for the reaction is insufficient. As a result, the fuel cell stack 1 may be deteriorated. Therefore, the control unit 31 performs load extraction control in consideration of both shortening of the time required for oxygen consumption and suppression of hydrogen shortage at the fuel electrode.

図5は、第1の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートである。まず、ステップ30(S30)において、電流取出速度Isが初期値Isint設定される。この電流取出速度Isは、単位時間あたりの電流設定値の増加量を示すものであり、制御部31は、この電流取出速度Isに従って、電流設定値を一定速度で増加させる。初期値Isintは、予め実験やシミュレーションを通じて設定されている固定値であり、燃料電池スタック1の特性や、供給されている酸化剤ガスの流量や圧力を考慮して、酸化剤極に存在する酸素を短時間で消費させるといった観点から、その最適値が設定されている。制御部31は、設定された電流取出速度Isに基づいて電流設定値を決定した上で、この電流設定値に基づいて電流取出部30を制御する。これにより、電流取出部30から取り出される電流値は、電流取出速度Isに従って線形的に増加する。   FIG. 5 is a flowchart showing a detailed procedure of the load take-out control according to the first embodiment. First, in step 30 (S30), the current extraction speed Is is set to an initial value Isint. The current extraction speed Is indicates an increase amount of the current setting value per unit time, and the control unit 31 increases the current setting value at a constant speed according to the current extraction speed Is. The initial value Isint is a fixed value set in advance through experiments and simulations, and oxygen existing in the oxidant electrode in consideration of the characteristics of the fuel cell stack 1 and the flow rate and pressure of the supplied oxidant gas. The optimal value is set from the viewpoint of consuming the product in a short time. The control unit 31 determines a current setting value based on the set current extraction speed Is, and then controls the current extraction unit 30 based on the current setting value. Thereby, the current value extracted from the current extraction unit 30 increases linearly according to the current extraction speed Is.

ステップ31(S31)において、電圧センサ32によって検出された電圧が読み込まれる。   In step 31 (S31), the voltage detected by the voltage sensor 32 is read.

上述したステップ30に示すように、電流取出速度Isが設定されると、それ以降は、制御部31は、この電流取出速度Isに従って、電流設定値を一定速度で増加させる。この際、制御部31は、電圧センサ32によって検出された電圧を参照し、燃料電池スタック1の電圧が負とならない範囲において、電流取出部30から取り出す電流、すなわち、電流設定値を増加させることとする。燃料電池スタック1の電圧が負となると予測される場合には、電流設定値を現在値よりも減少させた上で、再度ステップ30からの処理をスタートする。   As shown in step 30 described above, when the current extraction speed Is is set, the control unit 31 thereafter increases the current set value at a constant speed in accordance with the current extraction speed Is. At this time, the control unit 31 refers to the voltage detected by the voltage sensor 32 and increases the current extracted from the current extraction unit 30, that is, the current set value within a range where the voltage of the fuel cell stack 1 does not become negative. And When the voltage of the fuel cell stack 1 is predicted to be negative, the current set value is decreased from the current value, and the processing from step 30 is started again.

ステップ32(S32)において、電圧変化速度Vsが算出される。電圧変化速度Vsは、所定(単位)時間あたりの電圧の低下量であり、電圧センサ32によって検出された電圧の時系列的な推移に基づいて特定することができる。この電圧変化速度Vsは、個々の発電セル1aに設けられた電圧センサ32の検出値を対象として、それぞれ電圧変化速度Vsを算出してもよいが、処理負荷の軽減といった観点から、特定の発電セル1a(或いは、セルユニット)の電圧を検出する電圧センサ32からの検出値を選択的に処理してもよい。また、個々の電圧センサ32より特定される燃料電池スタック1の総体的な電圧を用いて、その電圧変化速度Vsを算出してもよい。   In step 32 (S32), the voltage change rate Vs is calculated. The voltage change speed Vs is a voltage decrease amount per predetermined (unit) time, and can be specified based on a time-series transition of the voltage detected by the voltage sensor 32. The voltage change speed Vs may be calculated for each detection value of the voltage sensor 32 provided in each power generation cell 1a. However, from the viewpoint of reducing the processing load, a specific power generation is possible. You may selectively process the detected value from the voltage sensor 32 which detects the voltage of the cell 1a (or cell unit). Alternatively, the voltage change rate Vs may be calculated using the overall voltage of the fuel cell stack 1 specified by the individual voltage sensors 32.

ステップ33(S33)において、算出された電圧変化速度Vsが、判定値Vsth以上であるか否かを判定する。燃料電池スタック1から電流を取り出すことにより、酸化剤極における酸素の消費動作を行っている場合、過大な電流を取り出すことに起因して燃料極における水素が不足すると、燃料電池スタック1の電圧は急激に低下する。そこで、実験やシミュレーションを通じて、燃料極における水素が欠乏していると見なせるような電圧の低下幅を予め取得しておき、これをベースに判定値Vsthを設定しておく。このステップ33において肯定判定された場合、すなわち、電圧変化速度Vsが判定値Vsth以上の場合には(Vs≧Vsth)、ステップ34に進む。一方、ステップ33において否定判定された場合、すなわち、電圧変化速度Vsが判定値Vsthよりも小さい場合には(Vs<Vsth)、ステップ35に進む。   In step 33 (S33), it is determined whether or not the calculated voltage change speed Vs is equal to or higher than a determination value Vsth. In the case where oxygen is consumed in the oxidizer electrode by extracting current from the fuel cell stack 1, if the hydrogen in the fuel electrode is insufficient due to excessive current extraction, the voltage of the fuel cell stack 1 is Decreases rapidly. Therefore, through experiments and simulations, a voltage decrease range that can be regarded as deficient in hydrogen at the fuel electrode is acquired in advance, and the determination value Vsth is set based on this. If an affirmative determination is made in step 33, that is, if the voltage change speed Vs is equal to or greater than the determination value Vsth (Vs ≧ Vsth), the process proceeds to step 34. On the other hand, if a negative determination is made in step 33, that is, if the voltage change speed Vs is smaller than the determination value Vsth (Vs <Vsth), the process proceeds to step 35.

ステップ34(S34)において、制御部31は、電流取出速度Isを変更する。具体的には、制御部31は、現在設定されている電流取出速度Isをベースに、所定量ΔIsだけ電流取出速度Isを減少させる。制御部31は、変更された電流取出速度Isに基づいて電流設定値を適宜決定した上で、この電流設定値に基づいて電流取出部30を制御する。   In step 34 (S34), the control unit 31 changes the current extraction speed Is. Specifically, the control unit 31 decreases the current extraction speed Is by a predetermined amount ΔIs based on the currently set current extraction speed Is. The control unit 31 appropriately determines a current set value based on the changed current extraction speed Is, and then controls the current extraction unit 30 based on the current set value.

ステップ35(S35)において、制御部31は、電流取出速度Isを変更する。具体的には、制御部31は、現在設定されている電流取出速度Isをベースに、所定量ΔIsだけ電流取出速度Isを増加させる。なお、変更後の電流取出速度Isは、初期値Isintを上限とし、電流取出速度Isが初期値Isintよりも大きな値とならないようにしてもよい。制御部31は、変更された電流取出速度Isに基づいて電流設定値を適宜決定した上で、この電流設定値に基づいて電流取出部30を制御する。   In step 35 (S35), the control unit 31 changes the current extraction speed Is. Specifically, the control unit 31 increases the current extraction speed Is by a predetermined amount ΔIs based on the currently set current extraction speed Is. The changed current extraction speed Is may have an initial value Isint as an upper limit, and the current extraction speed Is may not be larger than the initial value Isint. The control unit 31 appropriately determines a current set value based on the changed current extraction speed Is, and then controls the current extraction unit 30 based on the current set value.

ステップ36(S36)において、負荷取出制御を終了するか否かが判定される。具体的には、制御部31は、酸化剤極に存在する空気(酸素)が消費されたか否かを判定する。ステップ1において空気供給が停止されている関係上、負荷取出制御を行うことによって、酸化剤極における酸素量は減少する傾向を示す。そこで、このステップ36では、空気系20(主として、酸化剤極)に存在する酸素が消費されたか否かを判定することにより、負荷取出制御の終了タイミングを判定する。このステップ36において肯定判定された場合、すなわち、酸化剤極における酸素が消費された場合には、電流取出部30による電流の取り出しを停止して、本ルーチンを終了する。一方、ステップ36において否定判定された場合、すなわち、酸化剤極の酸素が消費されていない場合には、負荷取出制御を継続し、上述したステップ31の処理に戻る。   In step 36 (S36), it is determined whether to end the load take-out control. Specifically, the control unit 31 determines whether air (oxygen) existing in the oxidizer electrode has been consumed. Due to the fact that the air supply is stopped in step 1, by performing the load extraction control, the oxygen amount at the oxidizer electrode tends to decrease. Therefore, in step 36, the end timing of the load extraction control is determined by determining whether or not oxygen present in the air system 20 (mainly the oxidant electrode) has been consumed. When an affirmative determination is made in step 36, that is, when oxygen in the oxidizer electrode is consumed, current extraction by the current extraction unit 30 is stopped, and this routine is terminated. On the other hand, if a negative determination is made in step 36, that is, if oxygen in the oxidizer electrode is not consumed, the load extraction control is continued, and the process returns to step 31 described above.

ここで、酸化剤極における酸素が消費されたか否かの判定手法について説明する。制御部31は、例えば、以下の示す手法によって酸素消費の判定を行う。   Here, a method for determining whether or not oxygen in the oxidizer electrode has been consumed will be described. For example, the control unit 31 determines oxygen consumption by the following method.

まず、第1の手法としては、制御部31は、電圧センサ32より得られる電圧値が判定値以下となった場合に、空気系20における酸素が消費されたとの判定を行う。酸素が消費された場合には、発電に必要な反応が生じないため、燃料電池スタック1の電圧はゼロとなる。そこで、燃料電池スタック1の電圧が概ねゼロであること見なせる程度の値を、実験やシミュレーションを通じて判定値として予め設定することにより、酸素の消費を判定することができる。   First, as a first method, the control unit 31 determines that oxygen in the air system 20 is consumed when the voltage value obtained from the voltage sensor 32 is equal to or less than the determination value. When oxygen is consumed, the reaction required for power generation does not occur, so the voltage of the fuel cell stack 1 becomes zero. Therefore, the consumption of oxygen can be determined by presetting a value that can be considered that the voltage of the fuel cell stack 1 is substantially zero as a determination value through experiments and simulations.

なお、判定値の比較対象となる電圧としては、図2(a)に示すように、個々の発電セル1aにおける全ての電圧を対象としてもよいし、図2(b)に示すように、個々のセルユニットの全てを対象としてもよい。また、判定値の比較対象となる電圧値としては、図3(a),(b)に示すように、個々の発電セル1a、或いは、セルユニットにおいて検出される複数箇所の電圧であってもよい。   Note that, as shown in FIG. 2A, all voltages in the individual power generation cells 1a may be targeted as voltages to be compared with the judgment values, or as shown in FIG. All of the cell units may be targeted. In addition, as a voltage value to be compared with the judgment value, as shown in FIGS. 3A and 3B, voltages at a plurality of locations detected in each power generation cell 1a or cell unit may be used. Good.

第2の手法としては、制御部31は、負荷取出制御の開始に対応して、電流取出部30によって取り出される電流量を積分し、これにより得られる電荷量を随時算出する。また、制御部31は、空気系20の流路L20,21の容量、空気の圧力および温度から酸素のモル数を算出するとともに、先に算出された電荷量に基づいて、この酸素のモル数が、十分に電圧を低下させる濃度となるまで電荷が消費されたことを判断することにより、空気系20における酸素が消費されたとの判定を行う。   As a second method, the control unit 31 integrates the amount of current extracted by the current extraction unit 30 in response to the start of the load extraction control, and calculates the amount of charge obtained thereby as needed. In addition, the control unit 31 calculates the number of moles of oxygen from the capacity of the flow paths L20 and 21 of the air system 20, the pressure and temperature of the air, and the number of moles of oxygen based on the previously calculated charge amount. However, it is determined that the oxygen in the air system 20 has been consumed by determining that the electric charge has been consumed until the concentration sufficiently reduces the voltage.

また、第3の手法としては、制御部31は、電流取出部30によって実際に取り出される電流の時間的な変化量(以下「電流変化速度」という)に基づいて、空気系20の酸素が消費されたか否かを判定してもよい。酸化剤極における酸素が消費されると、燃料電池スタック1から実際に取り出される電流は急激に低下し、その後、一定の値に収束する傾向を示す。そこで、制御部31は、電流変化速度をモニタリングし、電流変化速度が所定時間経過しても安定している(具体的には、ほぼ「0」となる)場合には、空気系20の酸素が消費されたことを判定する。   As a third technique, the control unit 31 consumes oxygen in the air system 20 based on a temporal change amount of current actually taken out by the current extraction unit 30 (hereinafter referred to as “current change rate”). It may be determined whether or not it has been done. When oxygen in the oxidizer electrode is consumed, the current actually taken out from the fuel cell stack 1 rapidly decreases and then tends to converge to a certain value. Therefore, the control unit 31 monitors the current change rate, and if the current change rate is stable even after a predetermined time has elapsed (specifically, substantially becomes “0”), the oxygen of the air system 20 is detected. Is determined to be consumed.

第4の手法としては、制御部31は、負荷取出制御の開始に対応して、燃料極に対する水素の供給指令の頻度(単位時間あたりの水素供給指令回数)を演算する。そして、制御部31は、この供給指令の頻度が、所定の判定回数以下となった場合に、酸化剤極の酸素が消費されたのとの判定を行う。例えば、負荷取出制御の前提として、燃料極における水素圧力を一定に制御しているケースでは、酸化剤極に酸素が存在しなくなると、これに対応して燃料極において消費される水素も減少するため、水素の供給指令の頻度も低下する。そこで、実験やシミュレーションを通じて判定値を適切に設定することにより、水素の供給指令の頻度から、空気系20の酸素が消費されたことを判定することができる。   As a fourth method, the control unit 31 calculates the frequency of the hydrogen supply command to the fuel electrode (the number of hydrogen supply commands per unit time) in response to the start of the load extraction control. And the control part 31 determines with the oxygen of the oxidizer electrode having been consumed, when the frequency of this supply command becomes below a predetermined number of determinations. For example, in the case where the hydrogen pressure at the fuel electrode is controlled to be constant as a premise for load extraction control, when oxygen is no longer present at the oxidizer electrode, the hydrogen consumed at the fuel electrode is correspondingly reduced. For this reason, the frequency of the hydrogen supply command also decreases. Therefore, by appropriately setting the determination value through experiments and simulations, it can be determined from the frequency of the hydrogen supply command that oxygen in the air system 20 has been consumed.

第5の手法としては、燃料電池スタック1の入口側と出口側とに水素の流量を検出する流量センサを備えることを前提に、制御部31は、入口側と出口側との水素の流量差(以下「入出口流量差」という)に基づいて、空気系20の酸素が消費されたか否かを判定してもよい。一般に、負荷取出制御によって酸化剤極に酸素が存在しなくなると、これに対応して燃料極において消費される水素も減少するため、入出口流量差はほぼ「0」となる。そのため、実験やシミュレーションを通じて判定値を適切に設定することにより、入出口流量差と判定値との比較から、空気系20の酸素が消費されことを判定することができる。   As a fifth method, on the premise that a flow rate sensor for detecting the flow rate of hydrogen is provided on the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 1, the control unit 31 determines the difference in hydrogen flow rate between the inlet side and the outlet side. Whether or not oxygen in the air system 20 is consumed may be determined based on (hereinafter referred to as “inlet / outlet flow rate difference”). In general, when oxygen is no longer present in the oxidizer electrode due to load extraction control, the hydrogen consumed in the fuel electrode is correspondingly reduced, so the flow rate difference between the inlet and outlet is substantially “0”. Therefore, it is possible to determine that oxygen in the air system 20 is consumed from a comparison between the inlet / outlet flow rate difference and the determination value by appropriately setting the determination value through experiments and simulations.

なお、流量から空気系20の酸素が消費されたか否かを判定するとの観点によれば、空気流量センサ35の検出値をモニタリングし、空気系20における空気の流量がほぼ「0」となることを条件に、空気系20の酸素が消費されたことを判定してもよい。   From the viewpoint of determining whether or not oxygen in the air system 20 has been consumed from the flow rate, the detection value of the air flow sensor 35 is monitored, and the air flow rate in the air system 20 becomes substantially “0”. It may be determined that oxygen in the air system 20 has been consumed on the condition.

さらに、第6の手法としては、燃料電池スタック1内を循環する冷却水流路において、発電セル1aの入口側と出口側とに温度センサを備えることを前提に、制御部31は、それぞれの温度センサによって検出される温度の差に基づいて、空気系20の酸素が消費されたか否かを判定してもよい。一般に、負荷取出制御によって酸化剤極に酸素が存在しなくなると、これに対応して発電セル1aにおける酸化還元反応は生じない。そのため、発電セル1aからの反応熱が無くなるため、入口側と出口側との間の冷却水に温度差が無くなり、センサによって検出される温度差はほぼ「0」となる。そのため、実験やシミュレーションを通じて判定値を適切に設定することにより、入出口の温度差と判定値との比較から、空気系20の酸素が消費されことを判定することができる。   Furthermore, as a sixth method, on the assumption that the cooling water flow path circulating in the fuel cell stack 1 is provided with temperature sensors on the inlet side and the outlet side of the power generation cell 1a, the control unit 31 has the respective temperatures. Based on the difference in temperature detected by the sensor, it may be determined whether or not oxygen in the air system 20 has been consumed. In general, when oxygen is no longer present in the oxidizer electrode by load extraction control, the redox reaction in the power generation cell 1a does not occur correspondingly. Therefore, since there is no reaction heat from the power generation cell 1a, there is no temperature difference in the cooling water between the inlet side and the outlet side, and the temperature difference detected by the sensor is almost “0”. Therefore, by appropriately setting the determination value through experiments and simulations, it is possible to determine that oxygen in the air system 20 is consumed from a comparison between the temperature difference between the inlet and outlet and the determination value.

再び図4を参照するに、ステップ4(S4)において、制御部31は、水素供給を停止する。具体的には、制御部31は、水素循環ポンプ14を停止し、また、水素供給弁12を閉じるとともに、水素調圧弁13を全閉する。   Referring to FIG. 4 again, in step 4 (S4), the control unit 31 stops the hydrogen supply. Specifically, the control unit 31 stops the hydrogen circulation pump 14, closes the hydrogen supply valve 12, and fully closes the hydrogen pressure regulating valve 13.

ステップ5(S5)において、制御部31は、空気系入口弁23および空気系出口弁24を閉じる。これにより、空気供給流路L20および空気排出流路L21から燃料電池スタック1への外気(空気)の進入が規制される。なお、このステップ5に示す処理は、ステップ3に示す負荷取出制御を行う前提として実行してもよい。   In step 5 (S5), the control unit 31 closes the air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24. This restricts the entry of outside air (air) from the air supply flow path L20 and the air discharge flow path L21 into the fuel cell stack 1. The process shown in step 5 may be executed on the premise that the load extraction control shown in step 3 is performed.

このように、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック1と、空気系20と、水素系10と、空気系入口弁23と、空気系出口弁24と、水素系出口弁16と、電流取出部30と、制御部31とを有している。ここで、燃料電池スタック1は、燃料極に水素が供給されるとともに、酸化剤極に空気が供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。空気系20は、燃料電池スタック1の酸化剤極に空気を供給する空気供給流路L20と、酸化剤極から空気を排出する空気排出流路L21とを含む。水素系10は、燃料電池スタック1の燃料極から水素を排出する水素排出流路L12を含む。空気系入口弁23および空気系出口弁24は、空気系20に設けられており、自己の動作状態に応じて、空気系20から燃料電池スタック1への外気の進入を規制する酸化剤系規制手段である。水素系出口弁16は、水素系10に設けられており、自己の動作状態に応じて、水素系10から燃料電池スタック1への外気の進入を規制する燃料系規制手段である。電流取出部30は、燃料電池スタック1から電流を取り出す。制御部31は、空気系入口弁23と、空気系出口弁24と、水素系出口弁16と、電流取出部30とを制御する。ここで、制御部31は、システムの停止時に実行する停止制御として、燃料電池スタック1の燃料極に水素を供給し、かつ、燃料電池スタック1の酸化剤極に酸化剤ガスの供給を停止した状態で、燃料電池スタック1の状態に応じて電流取出部30を制御することにより、この電流取出部30が取り出す電流に応じて燃料電池スタック1の酸化剤極における酸化剤ガスを消費させる。   Thus, the fuel cell system of the present embodiment includes the fuel cell stack 1, the air system 20, the hydrogen system 10, the air system inlet valve 23, the air system outlet valve 24, the hydrogen system outlet valve 16, It has a current extraction unit 30 and a control unit 31. Here, the fuel cell stack 1 generates electric power by electrochemically reacting these gases by supplying hydrogen to the fuel electrode and supplying air to the oxidant electrode. The air system 20 includes an air supply flow path L20 that supplies air to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 and an air discharge flow path L21 that discharges air from the oxidant electrode. The hydrogen system 10 includes a hydrogen discharge passage L12 that discharges hydrogen from the fuel electrode of the fuel cell stack 1. The air system inlet valve 23 and the air system outlet valve 24 are provided in the air system 20, and an oxidant system regulation that regulates the entry of outside air from the air system 20 into the fuel cell stack 1 according to its own operating state. Means. The hydrogen system outlet valve 16 is provided in the hydrogen system 10 and is fuel system regulation means that regulates the entry of outside air from the hydrogen system 10 into the fuel cell stack 1 according to its own operating state. The current extraction unit 30 extracts current from the fuel cell stack 1. The control unit 31 controls the air system inlet valve 23, the air system outlet valve 24, the hydrogen system outlet valve 16, and the current extraction unit 30. Here, the control unit 31 supplies hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell stack 1 and stops supplying the oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 as stop control executed when the system is stopped. In this state, by controlling the current extraction unit 30 according to the state of the fuel cell stack 1, the oxidant gas in the oxidant electrode of the fuel cell stack 1 is consumed according to the current taken out by the current extraction unit 30.

かかる構成によれば、燃料極に水素を供給した状態で、燃料電池スタック1から電流を取り出すことにより、酸化剤極に存在する酸素を消費することができる。この際、燃料電池スタック1の状態に応じて電流を取り出すことにより、余分な時間やエネルギーを費やすことがなくなり、短時間かつ燃料電池スタック1の劣化が起こり難い状態で、酸化剤極における酸素の消費を行うができる。また、停止時に酸化剤極の酸素を消費することにより、燃料電池スタック1の起動時に酸化剤極に存在する酸素量を低減することができるので、起動時の劣化を有効に抑制することができる。   According to this configuration, oxygen present in the oxidizer electrode can be consumed by taking out the current from the fuel cell stack 1 while supplying hydrogen to the fuel electrode. At this time, by taking out the current according to the state of the fuel cell stack 1, it is possible to avoid spending extra time and energy, and in a state where the deterioration of the fuel cell stack 1 is difficult to occur in a short time, the oxygen in the oxidizer electrode Can be consumed. In addition, by consuming oxygen at the oxidant electrode when the fuel cell stack 1 is stopped, the amount of oxygen present at the oxidant electrode can be reduced when the fuel cell stack 1 is activated, so that deterioration during activation can be effectively suppressed. .

また、本実施形態において、燃料電池システムは、燃料電池スタック1の電圧を検出する電圧センサ32をさらに有している。この場合、制御部31は、電流取出部30が取り出す電流の制御指示値である電流設定値の増加速度を電流取出速度として設定し、この設定された電流取出速度に基づいて、燃料電池スタック1の電圧が負とならない範囲において電流設定値を増加させる。ここで、制御部31は、燃料電池スタック1の電圧の低下速度である電圧変化速度が、燃料極における燃料ガスの不足による電圧低下を判定する判定値以上の場合には、電圧変化速度が判定値よりも小さくなるように、電流取出速度を減少させる。   In the present embodiment, the fuel cell system further includes a voltage sensor 32 that detects the voltage of the fuel cell stack 1. In this case, the control unit 31 sets an increase rate of the current set value, which is a control instruction value of the current extracted by the current extraction unit 30, as a current extraction rate, and the fuel cell stack 1 based on the set current extraction rate. The current set value is increased within a range in which the voltage of N is not negative. Here, the control unit 31 determines the voltage change rate when the voltage change rate, which is the voltage decrease rate of the fuel cell stack 1, is equal to or higher than a determination value for determining a voltage decrease due to a shortage of fuel gas at the fuel electrode. The current extraction speed is decreased so as to be smaller than the value.

かかる構成によれば、電流取出速度に従って電流設定値を次第に増加させているので、特に、電流の取り出しを開始した時に、燃料ガスの配流バラツキや供給遅れを抑制することができる。また、燃料電池スタック1から取り出す電流は次第に大きくなっていくので、酸素の消費速度を早めることができる。これにより、電流取り出し開始時の燃料電池スタック1の劣化を抑制し、かつ、酸素消費に要する時間を短くすることができる。さらに、電圧変化速度Vsをモニタリングし、燃料極における水素の欠乏状態を判定し、これに応じて、電流変化速度を減少させることで、燃料極における水素の欠乏を抑制することができる。これにより、燃料電池スタック1の劣化を抑制しつつ、酸化剤極の酸素を有効に消費することができる。   According to such a configuration, since the current set value is gradually increased according to the current extraction speed, it is possible to suppress fuel gas distribution variation and supply delay, particularly when current extraction is started. Further, since the current taken out from the fuel cell stack 1 is gradually increased, the oxygen consumption rate can be increased. Thereby, deterioration of the fuel cell stack 1 at the start of current extraction can be suppressed, and the time required for oxygen consumption can be shortened. Furthermore, by monitoring the voltage change rate Vs, determining the hydrogen deficiency state in the fuel electrode, and reducing the current change rate accordingly, the hydrogen deficiency in the fuel electrode can be suppressed. As a result, it is possible to effectively consume oxygen at the oxidant electrode while suppressing deterioration of the fuel cell stack 1.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第2の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態にかかるそれと相違する点は、停止制御における負荷取出制御の手法である。なお、第2の実施形態にかかる燃料電池システムは、その構成において、第1の実施形態と同じであり、同一の符号を用いることにより、その詳細な説明は省略し、負荷取出制御に関する相違点を中心に説明を行う。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to the second embodiment will be described below. The difference between the fuel cell system according to the second embodiment and that according to the first embodiment is a method of load extraction control in stop control. The fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment in its configuration, and the same reference numerals are used to omit the detailed description thereof, and the difference regarding the load extraction control. The explanation will be focused on.

図6は、第2の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートである。ステップ30〜ステップ33において、第1の実施形態と同様に、電流取出速度Isが設定され、電圧センサ32からの電圧が読み込まれ、電圧変化速度Vsが算出されると、この電圧変化速度Vsが判定値Vsth以上であるか否かが判断される。   FIG. 6 is a flowchart illustrating a detailed procedure of load take-out control according to the second embodiment. In step 30 to step 33, as in the first embodiment, when the current extraction speed Is is set, the voltage from the voltage sensor 32 is read, and the voltage change speed Vs is calculated, the voltage change speed Vs is calculated. It is determined whether or not the determination value is equal to or greater than Vsth.

ステップ33の肯定判定に続くステップ34a(S34a)において、制御部31は、水素循環ポンプ14の回転数Nを変更する。具体的には、制御部31は、現在設定されている回転数Nをベースに、所定量ΔNだけ増加させた回転数(N+ΔN)を、水素循環ポンプ14の回転数Nとして新たに設定する。そして、制御部31は、新たに設定された回転数Nに基づいて、水素循環ポンプ14を制御する。これにより、水素循環ポンプ14は、変更された回転数Nに従って回転する。   In step 34a (S34a) following the affirmative determination in step 33, the control unit 31 changes the rotation speed N of the hydrogen circulation pump 14. Specifically, the control unit 31 newly sets the rotation speed (N + ΔN) increased by a predetermined amount ΔN as the rotation speed N of the hydrogen circulation pump 14 based on the currently set rotation speed N. Then, the control unit 31 controls the hydrogen circulation pump 14 based on the newly set rotation speed N. Thereby, the hydrogen circulation pump 14 rotates according to the changed rotation speed N.

一方、ステップ33の否定判定に続くステップ35a(S35a)において、制御部31は、水素循環ポンプ14の回転数Nを変更する。具体的には、現在設定されている回転数Nをベースに、所定量ΔNだけ減少させた回転数(N−ΔN)を、水素循環ポンプ14の回転数Nとして新たに設定する。そして、制御部31は、新たに設定された回転数Nに基づいて、水素循環ポンプ14を制御する。これにより、水素循環ポンプ14は、変更された回転数Nに従って回転する。なお、変更後の水素循環ポンプ14の回転数Nは、停止制御用に予め設定されている初期値Nintを下限とし、回転数Nが初期値Nintよりも小さな値とならないようにしてもよい。   On the other hand, in step 35a (S35a) following the negative determination in step 33, the control unit 31 changes the rotational speed N of the hydrogen circulation pump 14. Specifically, the rotation speed (N−ΔN) decreased by a predetermined amount ΔN based on the currently set rotation speed N is newly set as the rotation speed N of the hydrogen circulation pump 14. Then, the control unit 31 controls the hydrogen circulation pump 14 based on the newly set rotation speed N. Thereby, the hydrogen circulation pump 14 rotates according to the changed rotation speed N. The changed rotation speed N of the hydrogen circulation pump 14 may be set so that the initial value Nint preset for stop control is a lower limit and the rotation speed N does not become a value smaller than the initial value Nint.

そして、ステップ36において、第1の実施形態と同様に、負荷取出制御を終了するか否かが判定され、この判定結果に応じて、負荷取出制御が継続、或いは、終了される。   Then, in step 36, as in the first embodiment, it is determined whether or not the load extraction control is to be ended, and the load extraction control is continued or ended according to the determination result.

このように本実施形態によれば、燃料電池システムは、燃料電池スタック1の電圧を検出する電圧センサ32と、水素系10に設けられており、燃料極から排出された水素を、自己の回転数に応じて、燃料極の水素の供給側へと循環させる水素循環ポンプ14とをさらに有している。この場合、制御部31は、電流取出部30が取り出す電流の制御指示値である電流設定値の増加速度を電流取出速度として設定し、この設定された電流取出速度に基づいて、燃料電池スタック1の電圧が負とならない範囲において電流設定値を増加させる。ここで、制御部31は、燃料電池スタック1の電圧の低下速度である電圧変化速度Vsが、燃料極における燃料ガスの不足による電圧低下を判定する判定値Vsth以上の場合には、電圧変化速度Vsが前記判定値Vsthよりも小さくなるように、水素循環ポンプ14の回転数Nを増加させる。   As described above, according to the present embodiment, the fuel cell system is provided in the hydrogen sensor 10 and the voltage sensor 32 that detects the voltage of the fuel cell stack 1, and the hydrogen discharged from the fuel electrode is rotated by itself. Depending on the number, a hydrogen circulation pump 14 is further circulated to the hydrogen supply side of the fuel electrode. In this case, the control unit 31 sets an increase rate of the current set value, which is a control instruction value of the current extracted by the current extraction unit 30, as a current extraction rate, and the fuel cell stack 1 based on the set current extraction rate. The current set value is increased within a range in which the voltage of N is not negative. Here, when the voltage change rate Vs, which is the voltage decrease rate of the fuel cell stack 1, is equal to or higher than the determination value Vsth for determining the voltage decrease due to the shortage of fuel gas at the fuel electrode, the control unit 31 determines the voltage change rate. The rotation speed N of the hydrogen circulation pump 14 is increased so that Vs becomes smaller than the determination value Vsth.

かかる構成によれば、電流取出速度に従って電流設定値を次第に増加させているので、特に、電流の取り出しを開始した時に、燃料ガスの配流バラツキや供給遅れを抑制することができる。また、燃料電池スタック1から取り出す電流は次第に大きくなっていくので、酸素の消費速度を早めることができる。これにより、電流取り出し開始時の燃料電池スタック1の劣化を抑制し、かつ、酸素消費に要する時間を短くすることができる。さらに、電圧変化速度Vsをモニタリングし、燃料極における水素の欠乏状態を判定し、これに応じて、水素循環ポンプ14の回転数を増加させることにより、燃料極における水素の欠乏を抑制することができる。そのため、燃料電池スタック1の劣化を抑制しつつ、酸化剤極の酸素を有効に消費することができる。   According to such a configuration, since the current set value is gradually increased according to the current extraction speed, it is possible to suppress fuel gas distribution variation and supply delay, particularly when current extraction is started. Further, since the current taken out from the fuel cell stack 1 is gradually increased, the oxygen consumption rate can be increased. Thereby, deterioration of the fuel cell stack 1 at the start of current extraction can be suppressed, and the time required for oxygen consumption can be shortened. Further, the voltage change rate Vs is monitored, the hydrogen deficiency state in the fuel electrode is determined, and the number of rotations of the hydrogen circulation pump 14 is increased accordingly, thereby suppressing the hydrogen deficiency in the fuel electrode. it can. Therefore, it is possible to effectively consume oxygen at the oxidant electrode while suppressing deterioration of the fuel cell stack 1.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第3の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、停止制御における負荷取出制御の手法である。なお、第3の実施形態にかかる燃料電池システムは、その構成において、第1の実施形態と同じであり、同一の符号を用いることにより、その詳細な説明は省略し、負荷取出制御に関する相違点を中心に説明を行う。
(Third embodiment)
The fuel cell system according to the third embodiment will be described below. The fuel cell system according to the third embodiment is different from that of the first embodiment in the load take-out control technique in the stop control. The fuel cell system according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment in its configuration, and by using the same reference numerals, the detailed description thereof is omitted, and the difference regarding the load take-out control. The explanation will be focused on.

図7は、第3の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートである。ステップ30〜ステップ33において、第1の実施形態と同様に、電流取出速度Isが設定され、電圧センサ32からの電圧が読み込まれ、電圧変化速度Vsが算出されると、この電圧変化速度Vsが判定値Vsth以上であるか否かが判断される。   FIG. 7 is a flowchart illustrating a detailed procedure of load take-out control according to the third embodiment. In step 30 to step 33, as in the first embodiment, when the current extraction speed Is is set, the voltage from the voltage sensor 32 is read, and the voltage change speed Vs is calculated, the voltage change speed Vs is calculated. It is determined whether or not the determination value is equal to or greater than Vsth.

ステップ33の肯定判定に続くステップ34b(S34b)において、制御部31は、燃料極に供給される水素圧力Phを変更する。具体的には、制御部31は、現在設定されている水素圧力Phをベースに、所定量ΔPhだけ増加させた水素圧力(Ph+ΔPh)を、燃料極に供給される水素圧力Phとして新たに設定する。そして、制御部31は、新たに設定された水素圧力Phに基づいて、水素調圧弁13を制御する。   In step 34b (S34b) following the affirmative determination in step 33, the control unit 31 changes the hydrogen pressure Ph supplied to the fuel electrode. Specifically, the control unit 31 newly sets the hydrogen pressure (Ph + ΔPh) increased by a predetermined amount ΔPh as the hydrogen pressure Ph supplied to the fuel electrode based on the currently set hydrogen pressure Ph. . Then, the control unit 31 controls the hydrogen pressure regulating valve 13 based on the newly set hydrogen pressure Ph.

一方、ステップ33の否定判定に続くステップ35b(S35b)において、燃料極に供給される水素圧力Phを変更する。具体的には、制御部31は、現在設定されている水素圧力Phをベースに、所定量ΔPhだけ減少させた水素圧力(Ph−ΔPh)を、燃料極に供給される水素圧力Phとして新たに設定する。そして、制御部31は、新たに設定された水素圧力Phに基づいて、水素調圧弁13を制御する。なお、変更後の燃料極に供給される水素圧力Phは、停止制御用に予め設定されている初期値Phintを下限とし、水素圧力Phが初期値Phintよりも小さな値とならないようにしてもよい。   On the other hand, in step 35b (S35b) following the negative determination in step 33, the hydrogen pressure Ph supplied to the fuel electrode is changed. Specifically, the control unit 31 newly sets the hydrogen pressure (Ph−ΔPh) reduced by a predetermined amount ΔPh as the hydrogen pressure Ph supplied to the fuel electrode based on the currently set hydrogen pressure Ph. Set. Then, the control unit 31 controls the hydrogen pressure regulating valve 13 based on the newly set hydrogen pressure Ph. The hydrogen pressure Ph supplied to the fuel electrode after the change may have an initial value Phint preset for stop control as a lower limit so that the hydrogen pressure Ph does not become smaller than the initial value Phint. .

そして、ステップ36において、第1の実施形態と同様に、負荷取出制御を終了するか否かが判定され、この判定結果に応じて、負荷取出制御が継続、或いは、終了される。   Then, in step 36, as in the first embodiment, it is determined whether or not the load extraction control is to be ended, and the load extraction control is continued or ended according to the determination result.

このように本実施形態によれば、燃料電池システムは、燃料電池スタック1の電圧を検出する電圧センサ32と、水素系10に設けられており、燃料極に供給される水素圧力Phを調整する水素調圧弁13とをさらに有している。この場合、制御部31は、電流取出部30が取り出す電流の制御指示値である電流設定値の増加速度を電流取出速度として設定し、この設定された電流取出速度に基づいて、燃料電池スタック1の電圧が負とならない範囲において電流設定値を増加させる。ここで、制御部31は、燃料電池スタック1の電圧の低下速度である電圧変化速度Vsが、燃料極における燃料ガスの不足による電圧低下を判定する判定値Vsth以上の場合には、電圧変化速度Vsが前記判定値Vsthよりも小さくなるように、水素調圧弁13によって燃料極に供給される水素圧力を増加させる。   As described above, according to the present embodiment, the fuel cell system is provided in the hydrogen sensor 10 and the voltage sensor 32 that detects the voltage of the fuel cell stack 1, and adjusts the hydrogen pressure Ph supplied to the fuel electrode. And a hydrogen pressure regulating valve 13. In this case, the control unit 31 sets an increase rate of the current set value, which is a control instruction value of the current extracted by the current extraction unit 30, as a current extraction rate, and the fuel cell stack 1 based on the set current extraction rate. The current set value is increased within a range in which the voltage of N is not negative. Here, when the voltage change rate Vs, which is the voltage decrease rate of the fuel cell stack 1, is equal to or higher than the determination value Vsth for determining the voltage decrease due to the shortage of fuel gas at the fuel electrode, the control unit 31 determines the voltage change rate. The hydrogen pressure supplied to the fuel electrode by the hydrogen pressure regulating valve 13 is increased so that Vs becomes smaller than the determination value Vsth.

かかる構成によれば、電流取出速度に従って電流設定値を次第に増加させているので、特に、電流の取り出しを開始した時に、燃料ガスの配流バラツキや供給遅れを抑制することができる。また、燃料電池スタック1から取り出す電流は次第に大きくなっていくので、酸素の消費速度を早めることができる。これにより、電流取り出し開始時の燃料電池スタック1の劣化を抑制し、かつ、酸素消費に要する時間を短くすることができる。さらに、電圧変化速度Vsをモニタリングし、燃料極における水素の欠乏状態を判定し、これに応じて、燃料極に供給される水素圧力を増加させることにより、燃料極における水素の欠乏を抑制することができる。そのため、燃料電池スタック1の劣化を抑制しつつ、酸化剤極の酸素を有効に消費することができる。   According to such a configuration, since the current set value is gradually increased according to the current extraction speed, it is possible to suppress fuel gas distribution variation and supply delay, particularly when current extraction is started. Further, since the current taken out from the fuel cell stack 1 is gradually increased, the oxygen consumption rate can be increased. Thereby, deterioration of the fuel cell stack 1 at the start of current extraction can be suppressed, and the time required for oxygen consumption can be shortened. Furthermore, the voltage change speed Vs is monitored, the hydrogen deficiency state in the fuel electrode is determined, and the hydrogen pressure supplied to the fuel electrode is increased accordingly, thereby suppressing the hydrogen deficiency in the fuel electrode. Can do. Therefore, it is possible to effectively consume oxygen at the oxidant electrode while suppressing deterioration of the fuel cell stack 1.

(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第4の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、停止制御における負荷取出制御の手法である。なお、第4の実施形態にかかる燃料電池システムは、その構成において、第1の実施形態と同じであり、同一の符号を用いることにより、その詳細な説明は省略し、負荷取出制御に関する相違点を中心に説明を行う。
(Fourth embodiment)
The fuel cell system according to the fourth embodiment will be described below. The difference of the fuel cell system according to the fourth embodiment from that of the first embodiment is a method of load extraction control in stop control. The fuel cell system according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment in the configuration, and the same reference numerals are used to omit the detailed description thereof, and the difference regarding the load extraction control. The explanation will be focused on.

第4の実施形態において、制御部31は、電圧センサ32からの検出値に基づいて、複数の発電セル1aのうちの最低電圧をモニタリングする。そして、この最低電圧が0Vに近づくように、電流取出部30によって取り出す電流を制御する。例えば、制御部31は、最低電圧と0Vとの差に応じて、フィードバック等の制御手法により、電流設定値を設定する。   In the fourth embodiment, the control unit 31 monitors the lowest voltage among the plurality of power generation cells 1 a based on the detection value from the voltage sensor 32. And the electric current taken out by the electric current extraction part 30 is controlled so that this minimum voltage may approach 0V. For example, the control unit 31 sets the current set value by a control method such as feedback according to the difference between the minimum voltage and 0V.

かかる構成によれば、その時点に取り出し得る最大量の電流を燃料電池スタック1から取り出すことができるので、酸素の消費時間の短縮を図ることができる。また、燃料極における水素が不足した状態の発電セル1aでは電圧が立たなくなるため、最低電圧をモニタリングすることにより、燃料極における水素が不足しないような状態で電流を取り出すことができる。これにより、そのため、燃料電池スタック1の劣化を抑制しつつ、酸化剤極の酸素を有効に消費することができる。   According to such a configuration, the maximum amount of current that can be taken out at that time can be taken out from the fuel cell stack 1, so that the consumption time of oxygen can be shortened. In addition, since the voltage does not rise in the power generation cell 1a in a state where hydrogen in the fuel electrode is insufficient, by monitoring the minimum voltage, current can be taken out in a state where hydrogen in the fuel electrode is not insufficient. As a result, oxygen in the oxidant electrode can be effectively consumed while suppressing deterioration of the fuel cell stack 1.

(第5の実施形態)
図8は、第5の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。以下、第5の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第5の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、停止制御における負荷取出制御の手法である。第5の実施形態にかかる燃料電池システムは、基本的に、第1の実施形態と同じ構成であり、同一の構成については同一の符号を用いることにより、その詳細な説明は省略し、以下、負荷取出制御に関する相違点を中心に説明を行う。なお、本実施形態の燃料電池システムには、燃料電池スタック1の燃料極から排出される水素の圧力を検出する水素圧力センサ36が水素循環流路L11に設けられている。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to the fifth embodiment. The fuel cell system according to the fifth embodiment will be described below. The difference of the fuel cell system according to the fifth embodiment from that of the first embodiment is a method of load extraction control in stop control. The fuel cell system according to the fifth embodiment has basically the same configuration as that of the first embodiment. The same reference numerals are used for the same configurations, and detailed descriptions thereof are omitted. An explanation will be given focusing on the differences regarding the load extraction control. In the fuel cell system of this embodiment, a hydrogen pressure sensor 36 that detects the pressure of hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1 is provided in the hydrogen circulation passage L11.

図9は、第5の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートである。この負荷取出制御において、制御部31は、予め設定されている電流設定値に従って電流取出部30を制御することにより、燃料電池スタック1から電流の取り出しを開始する。また、制御部31は、燃料電池スタック1に供給される水素の流量が一定となるように水素循環ポンプ14を制御している。   FIG. 9 is a flowchart illustrating a detailed procedure of load take-out control according to the fifth embodiment. In this load extraction control, the control unit 31 starts to extract current from the fuel cell stack 1 by controlling the current extraction unit 30 in accordance with a preset current setting value. The control unit 31 controls the hydrogen circulation pump 14 so that the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 is constant.

このような前提のもと、まず、ステップ40(S40)において、燃料電池スタック1の上流側に設けられている水素圧力センサ33によって検出される圧力(以下「上流圧力」という)と、燃料電池スタック1の下流側に設けられている水素圧力センサ36によって検出される圧力(以下「下流圧力」という)が読み込まれる。そして、ステップ41(S41)において、上流側圧力から下流側圧力を減算することにより、圧力差ΔPが算出される。   Under such a premise, first, in step 40 (S40), the pressure detected by the hydrogen pressure sensor 33 provided on the upstream side of the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as "upstream pressure"), the fuel cell The pressure (hereinafter referred to as “downstream pressure”) detected by the hydrogen pressure sensor 36 provided on the downstream side of the stack 1 is read. In step 41 (S41), the pressure difference ΔP is calculated by subtracting the downstream pressure from the upstream pressure.

ステップ41に続くステップ42(S42)において、算出された圧力差ΔPが、下限判定値ΔPmin以上、かつ、上限判定値ΔPmax以下であるか否かが判定される。燃料極へ供給される水素の流量が一定である場合、燃料極において反応に必要な水素が欠乏すると、燃料電池スタック1を介して上流側と下流側との間の圧力差ΔPは増加する傾向を示す。そのため、算出された圧力差ΔPが、下限判定値ΔPminと上限判定値ΔPaxとで規定される範囲から逸脱することにより、燃料極において水素が欠乏しているか否かを判定することができる。そのため、燃料極における水素の欠乏といった観点から、実験やシミュレーションを通じて、下限判定値ΔPminおよび上限判定値ΔPmaxが予め設定されている。   In step 42 (S42) following step 41, it is determined whether or not the calculated pressure difference ΔP is not less than the lower limit determination value ΔPmin and not more than the upper limit determination value ΔPmax. When the flow rate of hydrogen supplied to the fuel electrode is constant, the pressure difference ΔP between the upstream side and the downstream side via the fuel cell stack 1 tends to increase when the hydrogen necessary for the reaction is deficient in the fuel electrode. Indicates. Therefore, the calculated pressure difference ΔP deviates from the range defined by the lower limit determination value ΔPmin and the upper limit determination value ΔPax, so that it can be determined whether or not hydrogen is deficient in the fuel electrode. For this reason, the lower limit determination value ΔPmin and the upper limit determination value ΔPmax are set in advance through experiments and simulations from the viewpoint of hydrogen deficiency in the fuel electrode.

このステップ42において肯定判定された場合、すなわち、圧力差ΔPが下限判定値ΔPmin以上、かつ、上限判定値ΔPmax以下である場合には、ステップ46に進む。一方、このステップ42において否定判定された場合、すなわち、圧力差ΔPが下限判定値ΔPminよりも小さい、または、上限判定値ΔPmaxよりも大きい場合には、ステップ43(S43)に進む。   If an affirmative determination is made in step 42, that is, if the pressure difference ΔP is not less than the lower limit determination value ΔPmin and not more than the upper limit determination value ΔPmax, the process proceeds to step 46. On the other hand, if a negative determination is made in step 42, that is, if the pressure difference ΔP is smaller than the lower limit determination value ΔPmin or larger than the upper limit determination value ΔPmax, the process proceeds to step 43 (S43).

ステップ43において、算出された圧力差ΔPが上限判定値ΔPmaxよりも大きいか否かが判定される。ステップ43において肯定判定された場合、すなわち、算出された圧力差ΔPが上限判定値ΔPmaxよりも大きい場合には、ステップ44に進む。一方、ステップ43において否定判定された場合、すなわち、算出された圧力差ΔPが上限判定値ΔPmaxよりも小さい(より具体的には、下限判定値ΔPminよりも小さい)場合には、ステップ45に進む。   In step 43, it is determined whether or not the calculated pressure difference ΔP is larger than an upper limit determination value ΔPmax. If the determination in step 43 is affirmative, that is, if the calculated pressure difference ΔP is larger than the upper limit determination value ΔPmax, the process proceeds to step 44. On the other hand, if a negative determination is made in step 43, that is, if the calculated pressure difference ΔP is smaller than the upper limit determination value ΔPmax (more specifically, smaller than the lower limit determination value ΔPmin), the process proceeds to step 45. .

ステップ44において、制御部31は、ステップ43の肯定判定を受け、燃料極における水素の欠乏を判断し、電流設定値を減少させる。一方、ステップ45において、制御部31は、ステップ43の否定判定を受け、燃料極に消費可能な水素が十分に存在していることを判断し、電流設定値を増加させる。   In step 44, the control unit 31 receives an affirmative determination in step 43, determines the lack of hydrogen in the fuel electrode, and decreases the current set value. On the other hand, in step 45, the control unit 31 receives a negative determination in step 43, determines that there is sufficient hydrogen that can be consumed in the fuel electrode, and increases the current set value.

ステップ46(S46)において、第1の実施形態に示すステップ36と同様に、負荷取出制御を終了するか否かが判定される。このステップ46において肯定判定された場合には、本ルーチンを終了する。一方、ステップ46において否定判定された場合には、負荷取出制御を継続し、上述したステップ40の処理に戻る。   In step 46 (S46), it is determined whether or not the load take-out control is to be terminated, as in step 36 shown in the first embodiment. If an affirmative determination is made in step 46, this routine is terminated. On the other hand, if a negative determination is made in step 46, the load take-out control is continued, and the process returns to step 40 described above.

このように本実施形態によれば、燃料電池スタック1の電圧を監視する以外にも、実際に燃料極に供給される水素の状態(具体的には、圧力)を監視することにより、酸素の消費動作に伴う水素不足を抑制することができる。また、電流設定値を必要に応じて減少させることにより、水素の供給遅れや個々の発電セル1aへの供給バラツキ等が抑制される傾向となるので、燃料極における水素不足を抑制することができる。また、その時点に取り出しうる最大量の電流を燃料電池スタック1から取り出すことができるので、燃料電池スタック1の劣化抑制と酸素の消費時間の短縮との両立を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to monitoring the voltage of the fuel cell stack 1, the state of hydrogen actually supplied to the fuel electrode (specifically, the pressure) The shortage of hydrogen associated with the consumption operation can be suppressed. In addition, by reducing the current set value as necessary, hydrogen supply delays, supply variations to the individual power generation cells 1a, and the like tend to be suppressed, so that hydrogen shortage at the fuel electrode can be suppressed. . Further, since the maximum amount of current that can be taken out at that time can be taken out from the fuel cell stack 1, it is possible to achieve both the suppression of deterioration of the fuel cell stack 1 and the reduction of oxygen consumption time.

なお、上述した実施形態では、水素供給流路L10と水素循環流路L11にそれぞれ水素圧力センサ33,36を設け、これにより、上流圧力と下流圧力とを検出する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料電池スタック1の発電面の上下流の圧力を検出したり、個々の発電セル1aに水素を分配・合流させるマニホールドにおいて圧力を検出したりしてもよい。すなわち、燃料電池スタック1(具体的には、水素極)に供給される水素の圧力と、燃料電池スタック1(具体的には、水素極)から排出される水素の圧力とを検出するのであれば、その形態は限定されない。   In the above-described embodiment, the hydrogen pressure sensors 33 and 36 are provided in the hydrogen supply flow path L10 and the hydrogen circulation flow path L11, respectively, thereby detecting the upstream pressure and the downstream pressure. However, the pressure is not limited to this, and the pressure upstream and downstream of the power generation surface of the fuel cell stack 1 may be detected, or the pressure may be detected in a manifold that distributes and merges hydrogen into the individual power generation cells 1a. That is, the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 (specifically, the hydrogen electrode) and the pressure of hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 (specifically, the hydrogen electrode) should be detected. For example, the form is not limited.

(第6の実施形態)
図10は、第6の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。以下、第6の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第6の実施形態にかかる燃料電池システムが、第5の実施形態のそれと相違する点は、停止制御における負荷取出制御の手法である。第6の実施形態にかかる燃料電池システムは、基本的に、第5の実施形態と基本的に同じであり、同一の構成については同一の符号を用いることにより、その詳細な説明は省略し、負荷取出制御に関する相違点を中心に説明を行う。なお、本実施形態の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック1に供給される水素の流量(以下「上流流量」という)を検出する水素流量センサ37が水素供給流路L10に設けられており、燃料電池スタック1から排出される水素の流量(以下「下流流量」という)を検出する水素流量センサ38が水素排出流路L12に設けられている。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a block diagram showing the overall configuration of the fuel cell system according to the sixth embodiment. The fuel cell system according to the sixth embodiment will be described below. The difference of the fuel cell system according to the sixth embodiment from that of the fifth embodiment is a method of load extraction control in stop control. The fuel cell system according to the sixth embodiment is basically the same as that of the fifth embodiment. The same reference numerals are used for the same components, and detailed description thereof is omitted. An explanation will be given focusing on the differences regarding the load extraction control. In the fuel cell system of this embodiment, a hydrogen flow rate sensor 37 that detects the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 (hereinafter referred to as “upstream flow rate”) is provided in the hydrogen supply flow path L10, and the fuel A hydrogen flow rate sensor 38 for detecting the flow rate of hydrogen discharged from the battery stack 1 (hereinafter referred to as “downstream flow rate”) is provided in the hydrogen discharge flow path L12.

負荷取出制御の詳細な手順は、第5の実施形態で示す図9のフローチャートと基本的に同じ処理を行う。具体的には、この負荷取出制御において、制御部31は、予め設定されている電流設定値に従って電流取出部30を制御することにより、燃料電池スタック1から電流の取り出しを開始する。   The detailed procedure of the load extraction control performs basically the same processing as the flowchart of FIG. 9 shown in the fifth embodiment. Specifically, in this load take-out control, the control unit 31 starts taking out current from the fuel cell stack 1 by controlling the current take-out unit 30 in accordance with a preset current setting value.

このような前提のもと、まず、上流側の水素流量センサ37によって検出される上流流量と、下流側の水素流量センサ38によって検出される下流流量が読み込まれる。そして、上流側流量から下流側流量を減算することにより、流量差ΔQが算出される。   Under such a premise, first, the upstream flow rate detected by the upstream hydrogen flow rate sensor 37 and the downstream flow rate detected by the downstream hydrogen flow rate sensor 38 are read. The flow rate difference ΔQ is calculated by subtracting the downstream flow rate from the upstream flow rate.

つぎに、算出された流量差ΔQが、下限判定値ΔQmin以上、かつ、上限判定値ΔQmax以下であるか否かが判定される。酸素の消費動作中に燃料極において水素が欠乏した場合、燃料電池スタック1を介して上流側と下流側との間の流量差ΔQは増加する傾向を示す。そのため、算出された流量差ΔQが、下限判定値ΔQminと上限判定値ΔQaxとで規定される範囲から逸脱することにより、燃料極において水素が欠乏しているか否かを判定することができる。そのため、燃料極における水素の欠乏といった観点から、実験やシミュレーションを通じて、下限判定値ΔQminおよび上限判定値ΔQmaxが予め設定されている。   Next, it is determined whether or not the calculated flow rate difference ΔQ is not less than the lower limit determination value ΔQmin and not more than the upper limit determination value ΔQmax. When the fuel electrode is depleted of hydrogen during the oxygen consumption operation, the flow rate difference ΔQ between the upstream side and the downstream side via the fuel cell stack 1 tends to increase. Therefore, it is possible to determine whether or not the fuel electrode is deficient in hydrogen by deviating the calculated flow rate difference ΔQ from the range defined by the lower limit determination value ΔQmin and the upper limit determination value ΔQax. For this reason, the lower limit determination value ΔQmin and the upper limit determination value ΔQmax are set in advance through experiments and simulations from the viewpoint of hydrogen deficiency in the fuel electrode.

流量差ΔQが下限判定値ΔQmin以上、かつ、上限判定値ΔQmax以下である場合には、図9に示すように、ステップ46に進み、負荷取出制御の終了判定を行う。   When the flow rate difference ΔQ is not less than the lower limit determination value ΔQmin and not more than the upper limit determination value ΔQmax, as shown in FIG. 9, the process proceeds to step 46 to determine the end of the load take-out control.

一方で、算出された流量差ΔQが上限判定値ΔQmaxよりも大きい場合には、燃料極における水素の欠乏を判断し、電流設定値を減少させる。これに対して、算出された流量差ΔQが下限判定値ΔQminよりも小さい場合には、燃料極に消費可能な水素が十分に存在していることを判断し、電流設定値を増加させる。   On the other hand, when the calculated flow rate difference ΔQ is larger than the upper limit determination value ΔQmax, the lack of hydrogen in the fuel electrode is determined and the current set value is decreased. On the other hand, when the calculated flow rate difference ΔQ is smaller than the lower limit determination value ΔQmin, it is determined that there is sufficient hydrogen that can be consumed in the fuel electrode, and the current set value is increased.

このように本実施形態によれば、燃料電池スタック1の電圧を監視する以外にも、実際に燃料極に供給される水素の状態(具体的には、流量)を監視することにより、酸素の消費動作に伴う水素不足を抑制することができる。また、電流設定値を必要に応じて減少させることにより、水素の供給遅れや個々の発電セル1aへの供給バラツキ等が抑制される傾向となるので、燃料極における水素不足を抑制することができる。また、その時点に取り出しうる最大量の電流を燃料電池スタック1から取り出すことができるので、燃料電池スタック1の劣化抑制と酸素の消費時間の短縮との両立を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to monitoring the voltage of the fuel cell stack 1, the state of hydrogen actually supplied to the fuel electrode (specifically, the flow rate) can be monitored to The shortage of hydrogen associated with the consumption operation can be suppressed. In addition, by reducing the current set value as necessary, hydrogen supply delays, supply variations to the individual power generation cells 1a, and the like tend to be suppressed, so that hydrogen shortage at the fuel electrode can be suppressed. . Further, since the maximum amount of current that can be taken out at that time can be taken out from the fuel cell stack 1, it is possible to achieve both the suppression of deterioration of the fuel cell stack 1 and the reduction of oxygen consumption time.

なお、上述した実施形態では、水素供給流路L10と水素循環流路L11にそれぞれ水素流量センサ37,38を設け、これにより、上流流量と下流流量とを検出する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料電池スタック1の発電面の上下流の流量を検出したり、個々の発電セル1aに水素を分配・合流させるマニホールドにおいて流量を検出したりしてもよい。すなわち、燃料電池スタック1(具体的には、燃料極)に供給される水素流量と、燃料電池スタック1(具体的には、燃料極)から排出される水素流量とを検出するのであれば、その形態は限定されない。   In the above-described embodiment, the hydrogen flow rate sensors 37 and 38 are provided in the hydrogen supply flow path L10 and the hydrogen circulation flow path L11, respectively, thereby detecting the upstream flow rate and the downstream flow rate. However, the present invention is not limited to this, and the flow rate upstream and downstream of the power generation surface of the fuel cell stack 1 may be detected, or the flow rate may be detected in a manifold that distributes and merges hydrogen into the individual power generation cells 1a. That is, if the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 (specifically, the fuel electrode) and the flow rate of hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 (specifically, the fuel electrode) are detected, The form is not limited.

なお、上述した各実施形態では、その特徴に応じて個別の実施形態として説明したが、これらの実施形態を複合的に適用して、負荷取出制御を行うことも可能である。   In each of the above-described embodiments, the individual embodiments are described according to the characteristics thereof. However, it is also possible to perform load take-out control by applying these embodiments in combination.

第1の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図1 is a block diagram showing the overall configuration of a fuel cell system according to a first embodiment. 電圧センサ32の説明図Illustration of voltage sensor 32 電圧センサ32の説明図Illustration of voltage sensor 32 第1の実施形態にかかる停止制御の手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the procedure of the stop control concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the detailed procedure of the load extraction control concerning 1st Embodiment. 第2の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the detailed procedure of the load extraction control concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the detailed procedure of the load extraction control concerning 3rd Embodiment. 第5の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図The block diagram which shows the whole structure of the fuel cell system concerning 5th Embodiment. 第5の実施形態にかかる負荷取出制御の詳細な手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the detailed procedure of the load extraction control concerning 5th Embodiment 第6の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図The block diagram which shows the whole structure of the fuel cell system concerning 6th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
1a 発電セル
3 制御装置
10 水素系
11 燃料タンク
12 水素供給弁
13 水素調圧弁
14 水素循環ポンプ
15 エゼクタ
16 水素系出口弁(パージ弁)
20 空気系
21 コンプレッサ
22 空気調圧弁
23 空気系入口弁
24 空気系出口弁
30 電流取出部
31 制御部
32 電圧センサ
33 水素圧力センサ
34 空気圧力センサ
35 空気流量センサ
36 水素圧力センサ
37 水素流量センサ
38 水素流量センサ
L10 水素供給流路
L11 水素循環流路
L12 水素排出流路
L20 空気供給流路
L21 空気排出流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 1a Power generation cell 3 Control apparatus 10 Hydrogen system 11 Fuel tank 12 Hydrogen supply valve 13 Hydrogen pressure regulating valve 14 Hydrogen circulation pump 15 Ejector 16 Hydrogen system outlet valve (purge valve)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Air system 21 Compressor 22 Air pressure regulation valve 23 Air system inlet valve 24 Air system outlet valve 30 Current extraction part 31 Control part 32 Voltage sensor 33 Hydrogen pressure sensor 34 Air pressure sensor 35 Air flow sensor 36 Hydrogen pressure sensor 37 Hydrogen flow sensor 38 Hydrogen flow sensor L10 Hydrogen supply flow path L11 Hydrogen circulation flow path L12 Hydrogen discharge flow path L20 Air supply flow path L21 Air discharge flow path

Claims (7)

燃料電池システムにおいて、
燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、前記酸化剤極から酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路とを含む酸化剤ガス系と、
前記燃料電池の燃料極から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路を含む燃料ガス系と、
前記酸化剤ガス系に設けられており、自己の動作状態に応じて、前記酸化剤ガス系から前記燃料電池への外気の進入を規制する酸化剤系規制手段と、
前記燃料ガス系に設けられており、自己の動作状態に応じて、前記燃料ガス系から前記燃料電池への外気の進入を規制する燃料系規制手段と、
前記燃料電池から電流を取り出す電流取出手段と、
前記酸化剤系規制手段と、前記燃料系規制手段と、前記電流取出手段とを制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、システムの停止時に実行する停止制御として、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給し、かつ、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスの供給を停止した状態で、前記燃料電池の状態に応じて前記電流取出手段を制御することにより、当該電流取出手段が取り出す電流に応じて前記燃料電池の酸化剤極における酸化剤ガスを消費させることを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system,
A fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting the fuel gas and the oxidant gas by supplying a fuel gas to the fuel electrode and supplying an oxidant gas to the oxidant electrode;
An oxidant gas system including an oxidant gas supply channel for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell; and an oxidant gas discharge channel for discharging the oxidant gas from the oxidant electrode;
A fuel gas system including a fuel gas discharge passage for discharging the fuel gas from the fuel electrode of the fuel cell;
An oxidant system regulating means provided in the oxidant gas system, for regulating the entry of outside air from the oxidant gas system to the fuel cell according to its own operating state;
A fuel system regulating means that is provided in the fuel gas system and regulates the entry of outside air from the fuel gas system to the fuel cell according to its own operating state;
Current extraction means for extracting current from the fuel cell;
Control means for controlling the oxidant system regulating means, the fuel system regulating means, and the current extraction means;
The control means, as stop control executed when the system is stopped, supplies the fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell, and stops the supply of the oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell. A fuel cell system characterized in that the oxidant gas in the oxidant electrode of the fuel cell is consumed according to the current taken out by the current extraction means by controlling the current extraction means according to the state of the fuel cell.
前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記電流取出手段が取り出す電流の制御指示値である電流設定値の増加速度を電流取出速度として設定し、当該設定された電流取出速度に基づいて、前記燃料電池の電圧が負とならない範囲において前記電流設定値を増加させるとともに、
前記燃料電池の電圧の低下速度である電圧変化速度が、前記燃料電池の燃料極における燃料ガスの不足による電圧低下を判定する判定値以上の場合には、前記電圧変化速度が前記判定値よりも小さくなるように、前記電流取出速度を減少させることを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
Voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell;
The control means sets, as a current extraction speed, an increase rate of a current setting value that is a control instruction value of the current extracted by the current extraction means, and the voltage of the fuel cell is negative based on the set current extraction speed. While increasing the current setting value in a range that does not become,
When the voltage change rate, which is the voltage decrease rate of the fuel cell, is equal to or higher than a determination value for determining a voltage decrease due to a shortage of fuel gas at the fuel electrode of the fuel cell, the voltage change rate is higher than the determination value. The fuel cell system according to claim 1, wherein the current extraction speed is decreased so as to be reduced.
前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料ガス系に設けられており、前記燃料極から排出された燃料ガスを、自己の動作量に応じて、前記燃料極の燃料ガスの供給側へと循環させる循環手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記電流取出手段が取り出す電流の制御指示値である電流設定値の増加速度を電流取出速度として設定し、当該設定された電流取出速度に基づいて、前記燃料電池の電圧が負とならない範囲において前記電流設定値を増加させるとともに、
前記燃料電池の電圧の低下速度である電圧変化速度が、前記燃料電池の燃料極における燃料ガスの不足による電圧低下を判定する判定値以上の場合には、前記電圧変化速度が前記判定値よりも小さくなるように、前記循環手段の動作量を増加させることを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
Voltage detecting means for detecting the voltage of the fuel cell;
A circulation means provided in the fuel gas system, for circulating the fuel gas discharged from the fuel electrode to the fuel gas supply side of the fuel electrode according to its own operation amount;
The control means sets, as a current extraction speed, an increase rate of a current setting value that is a control instruction value of the current extracted by the current extraction means, and the voltage of the fuel cell is negative based on the set current extraction speed. While increasing the current setting value in a range that does not become,
When the voltage change rate, which is the voltage decrease rate of the fuel cell, is equal to or higher than a determination value for determining a voltage decrease due to a shortage of fuel gas at the fuel electrode of the fuel cell, the voltage change rate is higher than the determination value. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein an operation amount of the circulation unit is increased so as to be reduced.
前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料ガス系に設けられており、前記燃料極に供給される燃料ガスの圧力を調整する調圧手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記電流取出手段が取り出す電流の制御指示値である電流設定値の増加速度を電流取出速度として設定し、当該設定された電流取出速度に基づいて、前記燃料電池の電圧が負とならない範囲において前記電流設定値を増加させるとともに、
前記燃料電池の電圧の低下速度である電圧変化速度が、前記燃料電池の燃料極における燃料ガスの不足による電圧低下を判定する判定値以上の場合には、前記電圧変化速度が前記判定値よりも小さくなるように、前記調圧手段によって前記燃料極に供給される燃料ガスの圧力を増加させることを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
Voltage detecting means for detecting the voltage of the fuel cell;
Pressure adjusting means that is provided in the fuel gas system and adjusts the pressure of the fuel gas supplied to the fuel electrode;
The control means sets, as a current extraction speed, an increase rate of a current setting value that is a control instruction value of the current extracted by the current extraction means, and the voltage of the fuel cell is negative based on the set current extraction speed. While increasing the current setting value in a range that does not become,
When the voltage change rate, which is the voltage decrease rate of the fuel cell, is equal to or higher than a determination value for determining a voltage decrease due to a shortage of fuel gas at the fuel electrode of the fuel cell, the voltage change rate is higher than the determination value. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure of the fuel gas supplied to the fuel electrode is increased by the pressure adjusting means so as to decrease.
前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記電圧検出手段によって検出される電圧がゼロボルトを維持するように、前記電流取出手段が取り出す電流の制御指示値である電流設定値を設定することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
Voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell;
2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit sets a current set value, which is a control instruction value of a current taken out by the current extraction unit, so that a voltage detected by the voltage detection unit is maintained at zero volts. The described fuel cell system.
前記燃料電池の燃料極へ供給される燃料ガスの圧力を検出する第1の圧力センサと、
前記燃料電池の燃料極から排出される燃料ガスの圧力を検出する第2の圧力センサとをさらに有し、
前記制御手段は、前記第1の圧力センサによって検出される圧力と、前記第2の圧力センサによって検出される圧力との圧力差を算出し、当該算出された圧力差に基づいて、前記電流取出手段が前記燃料電池から取り出す電流の制御指示値である電流設定値を設定することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
A first pressure sensor for detecting the pressure of the fuel gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell;
A second pressure sensor for detecting the pressure of the fuel gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell;
The control means calculates a pressure difference between a pressure detected by the first pressure sensor and a pressure detected by the second pressure sensor, and based on the calculated pressure difference, the current extraction 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the current setting value which is a control instruction value of the current taken out from the fuel cell is set by the means.
前記燃料電池の燃料極へ供給される燃料ガスの流量を検出する第1の流量センサと、
前記燃料電池の燃料極から排出される燃料ガスの流量を検出する第2の流量センサとをさらに有し、
前記制御手段は、前記第1の流量センサによって検出される流量と、前記第2の流量センサによって検出される流量との流量差を算出し、当該算出された流量差に基づいて、前記電流取出手段が前記燃料電池から取り出す電流の制御指示値である電流設定値を設定することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
A first flow rate sensor for detecting a flow rate of the fuel gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell;
A second flow rate sensor for detecting the flow rate of the fuel gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell;
The control means calculates a flow rate difference between a flow rate detected by the first flow rate sensor and a flow rate detected by the second flow rate sensor, and based on the calculated flow rate difference, the current extraction 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the current setting value which is a control instruction value of the current taken out from the fuel cell is set by the means.
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JP2010044932A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Toyota Motor Corp Fuel battery system and its control method
JP2017152261A (en) * 2016-02-25 2017-08-31 本田技研工業株式会社 Fuel cell system and operation method therefor
JP2019021521A (en) * 2017-07-19 2019-02-07 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

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