JP2008159379A

JP2008159379A - Determination of existence of deficiency state of reaction gas

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Publication number: JP2008159379A
Application number: JP2006346115A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kishida; 圭史岸田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of easily determining whether reaction gas is lacking inside a fuel cell. SOLUTION: The fuel cell contains a plurality of cells, divided into a plurality of groups each containing at least one cell. First, before startup of the fuel cell, a volume of the reaction gas is reduced, a first kind of group of which an amount of fall of a voltage is to be over a given amount is selected from among the groups. Next, at startup of the fuel cell, a second kind of group of which a voltage amount is to be under a given amount is selected from among the plurality of groups. Then, in comparison of the first kind of group and the second kind of group, it is determined whether a deficiency state of the reaction gas occurs in the fuel cell. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の技術に関し、特に、燃料電池において反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定するための技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell technology, and more particularly to a technology for determining whether or not a reaction gas deficiency occurs in a fuel cell.

燃料電池は、通常、複数のセルを含んでいる。各セルには、アノードに燃料ガスを供給するためのガス通路と、カソードに酸化ガスを供給するためのガス通路と、が設けられている。 A fuel cell usually includes a plurality of cells. Each cell is provided with a gas passage for supplying fuel gas to the anode and a gas passage for supplying oxidizing gas to the cathode.

ところで、燃料電池の発電停止期間中には、セル内のガス通路で水が凍結する場合がある。このため、燃料電池の起動時には、一部のセルが、燃料ガスがアノードに充分に供給されない燃料ガスの欠乏状態になったり、酸化ガスがカソードに充分に供給されない酸化ガスの欠乏状態になったりし得る。 By the way, during the power generation stop period of the fuel cell, water may freeze in the gas passage in the cell. For this reason, at the time of starting the fuel cell, some cells are in a fuel gas deficient state where the fuel gas is not sufficiently supplied to the anode, or an oxidizing gas deficient state where the oxidizing gas is not sufficiently supplied to the cathode. Can do.

セルが燃料ガスの欠乏状態である場合に起こり得る現象と、セルが酸化ガスの欠乏状態である場合に起こり得る現象とは、異なっている。このため、セルが燃料ガスの欠乏状態である場合に採用されるべき対策と、セルが酸化ガスの欠乏状態である場合に採用されるべき対策とは、通常、異なっている。したがって、燃料電池内部で燃料ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定する必要がある。また、燃料電池内部で酸化ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定する必要がある。 The phenomenon that can occur when the cell is in a fuel gas deficient state is different from the phenomenon that can occur when the cell is in an oxidizing gas deficient state. For this reason, the countermeasure to be adopted when the cell is in a fuel gas deficient state and the countermeasure to be adopted when the cell is in an oxidizing gas deficient state are usually different. Therefore, it is necessary to determine whether or not a fuel gas deficiency has occurred inside the fuel cell. In addition, it is necessary to determine whether or not an oxidizing gas deficiency occurs within the fuel cell.

なお、特許文献２では、単セルのインピーダンスと、単セルの電圧と、を用いて、水素が不足しているか否かを判断する技術が開示されている。また、特許文献２では、単セルのインピーダンスと、単セルの電圧と、単セルの電圧の変化量と、を用いて酸素が不足しているか否かを判断する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for determining whether or not hydrogen is insufficient using the impedance of a single cell and the voltage of the single cell. Patent Document 2 discloses a technique for determining whether or not oxygen is insufficient using the impedance of a single cell, the voltage of the single cell, and the amount of change in the voltage of the single cell.

特開２００６−３２０９８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-32098 特開２００６−４９２５９号公報JP 2006-49259 A 特開２００４−２９６３１７号公報JP 2004-296317 A 特開２００５−９３２１８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-93218 特開２００２−３１３３９６号公報JP 2002-313396 A

しかしながら、従来の技術では、燃料電池内部で反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定するのが比較的困難であった。 However, in the conventional technology, it is relatively difficult to determine whether or not a reaction gas deficiency state occurs inside the fuel cell.

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池内部で反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを容易に判定することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to easily determine whether or not a reaction gas deficiency has occurred in the fuel cell.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の方法は、燃料電池において反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定するための判定方法であって、
前記燃料電池は、複数のセルを含んでおり、
前記複数のセルは、それぞれが少なくとも１つのセルを含む複数のグループに区分されており、
前記判定方法は、
（ａ）前記燃料電池の起動の前に、
（ａ１）前記燃料電池の状態を、前記燃料電池に第１の電力を発生させるのに充分な量の反応ガスが前記燃料電池に供給される第１の状態から、前記第１の状態よりも前記燃料電池に供給される反応ガスの量が低減された第２の状態に、変化させる工程と、
（ａ２）前記複数のグループの中から、前記第１の状態から前記第２の状態に変化したときの電圧の低下量が所定量以上となる第１種のグループを選択する工程と、
を含み、
（ｂ）前記燃料電池の起動時に、
（ｂ１）前記燃料電池の状態を、前記燃料電池に前記第１の電力よりも大きな第２の電力を発生させるのに充分な量の反応ガスが前記燃料電池に供給される第３の状態に設定する工程と、
（ｂ２）前記複数のグループの中から、前記第３の状態における電圧値が所定値以下となる第２種のグループを選択する工程と、
（ｂ３）前記第１種のグループと、前記第２種のグループと、を比較することによって、前記燃料電池において反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定する工程と、
を備えることを特徴とする。 In order to solve at least a part of the above-described problems, the method of the present invention is a determination method for determining whether or not a deficient state of a reaction gas has occurred in a fuel cell,
The fuel cell includes a plurality of cells,
The plurality of cells are divided into a plurality of groups each including at least one cell;
The determination method is:
(A) Before starting the fuel cell,
(A1) The state of the fuel cell is changed from the first state in which a sufficient amount of reaction gas is supplied to the fuel cell to generate the first electric power in the fuel cell. Changing to a second state in which the amount of reaction gas supplied to the fuel cell is reduced;
(A2) selecting from the plurality of groups a first type group in which the amount of voltage decrease when changing from the first state to the second state is a predetermined amount or more;
Including
(B) At startup of the fuel cell,
(B1) The state of the fuel cell is changed to a third state in which a sufficient amount of reaction gas is supplied to the fuel cell to cause the fuel cell to generate a second power larger than the first power. A setting process;
(B2) selecting a second type group in which the voltage value in the third state is a predetermined value or less from the plurality of groups;
(B3) determining whether or not a reaction gas deficiency occurs in the fuel cell by comparing the first type group and the second type group;
It is characterized by providing.

この方法では、工程（ａ）において、反応ガスの欠乏状態になり易い第１種のグループが選択される。そして、工程（ｂ）において、反応ガスの欠乏状態となっている可能性のある第２種のグループが選択されて、第１種のグループと第２種のグループとが比較される。このため、燃料電池内部で反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを容易に判定することができる。 In this method, in the step (a), the first type group that tends to be in a deficient state of the reaction gas is selected. Then, in the step (b), the second type group that may be in a deficient state of the reactive gas is selected, and the first type group and the second type group are compared. For this reason, it is possible to easily determine whether or not a reaction gas deficiency state occurs in the fuel cell.

また、この方法では、工程（ａ）と工程（ｂ）とが連続的に行われる。すなわち、燃料電池の起動の前に工程（ａ）が行われ、燃料電池の起動時に工程（ｂ）が行われる。このため、工程（ａ）における燃料電池内部の反応ガスの流路の状況と、工程（ｂ）における燃料電池内部の反応ガスの流路の状況とは、ほぼ同じである。したがって、この方法により、燃料電池内部で反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを正確に判定することができる。 In this method, the step (a) and the step (b) are continuously performed. That is, step (a) is performed before starting the fuel cell, and step (b) is performed when starting the fuel cell. For this reason, the situation of the flow path of the reactive gas inside the fuel cell in the step (a) is almost the same as the situation of the flow path of the reactive gas inside the fuel cell in the step (b). Therefore, this method makes it possible to accurately determine whether or not a reaction gas deficiency occurs in the fuel cell.

上記の装置において、
前記第１の電力は、前記第２の状態において、前記第１種のグループに含まれる前記各セルが逆電圧とならないような電力であることが好ましい。 In the above apparatus,
The first power is preferably power that prevents the cells included in the first type group from having a reverse voltage in the second state.

上記の方法において、
前記工程（ａ２）は、
複数の前記第１種のグループが選択される場合に、前記複数の第１種のグループを特定する第１の特定情報と、前記複数の第１種のグループの電圧に応じて決定された順序を示す第１の順序情報と、を記憶する工程を含み、
前記工程（ｂ２）は、
複数の前記第２種のグループが選択される場合に、前記複数の第２種のグループを特定する第２の特定情報と、前記複数の第２種のグループの電圧に応じて決定された順序を示す第２の順序情報と、を記憶する工程を含み、
前記工程（ｂ３）は、
前記第１の特定情報および前記第１の順序情報と、前記第２の特定情報および前記第２の順序情報と、を比較する工程を含むようにしてもよい。 In the above method,
The step (a2)
When a plurality of the first type groups are selected, the order is determined according to the first specifying information for specifying the plurality of first type groups and the voltages of the plurality of first type groups. And storing first order information indicating:
The step (b2)
When a plurality of the second type groups are selected, the order is determined according to the second specifying information for specifying the plurality of second type groups and the voltages of the plurality of second type groups. And storing second order information indicating:
The step (b3)
A step of comparing the first specific information and the first order information with the second specific information and the second order information may be included.

こうすれば、燃料電池内部で反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かをより正確に判定することができる。 In this way, it is possible to more accurately determine whether or not a reaction gas deficiency has occurred inside the fuel cell.

上記の方法において、
前記複数の第１種のグループの前記順序は、前記電圧の低下量の大きさに基づいて決定され、
前記複数の第２種のグループの前記順序は、前記電圧値の大きさに基づいて決定されてもよい。 In the above method,
The order of the plurality of first type groups is determined based on a magnitude of the voltage decrease amount,
The order of the plurality of second type groups may be determined based on the magnitude of the voltage value.

上記の方法において、さらに、
（ｃ）前記工程（ｂ３）の判定結果に基づいて、所定の処理を実行する工程を含むようにしてもよい。 In the above method,
(C) A step of executing a predetermined process may be included based on the determination result of the step (b3).

上記の方法において、
前記反応ガスは、燃料ガスであり、
前記所定の処理は、前記燃料電池の出力電圧を増大させる処理を含むようにしてもよい。 In the above method,
The reaction gas is a fuel gas,
The predetermined process may include a process of increasing the output voltage of the fuel cell.

こうすれば、燃料ガスの欠乏状態が発生する場合に生じ得るセルの損傷を回避することができる。 In this way, it is possible to avoid cell damage that may occur when a fuel gas deficiency occurs.

上記の方法において、
前記反応ガスは、酸化ガスであり、
前記所定の処理は、前記燃料電池に継続して前記第２の電力を発生させる処理を含むようにしてもよい。 In the above method,
The reaction gas is an oxidizing gas,
The predetermined process may include a process of continuously generating the second power in the fuel cell.

上記の方法において、
前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）は、前記燃料電池の温度が所定温度以下である場合に実行されることが好ましい。 In the above method,
The step (a) and the step (b) are preferably performed when the temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature.

なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、反応ガスの欠乏状態の有無の判定方法、反応ガスの欠乏状態の有無の判定を行う燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載した移動体などの装置、これらの装置の機能または方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, a method for determining the presence or absence of a reaction gas deficiency state, a fuel cell system for determining the presence or absence of a reaction gas deficiency state, and the fuel cell system Such as a mobile body equipped with a computer, a computer program for realizing the function or method of these devices, a recording medium storing the computer program, a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave, etc. It can be realized in the form.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの概略構成：
Ａ−２．セルの電流−電圧特性：
Ａ−３．起動処理：
Ａ−３−１．準備処理：
Ａ−３−２．判定処理：
Ａ−３−３．判定結果に応じた処理：
Ａ−４．第１実施例の変形例：
Ａ−４−１．第１の変形例：
Ａ−４−２．第２の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．準備処理：
Ｂ−２．判定処理：
Ｂ−３．判定結果に応じた処理： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. General configuration of the fuel cell system:
A-2. Cell current-voltage characteristics:
A-3. Start process:
A-3-1. Preparation process:
A-3-2. Determination process:
A-3-3. Processing according to the judgment result:
A-4. Modification of the first embodiment:
A-4-1. First modification:
A-4-2. Second modification:
B. Second embodiment:
B-1. Preparation process:
B-2. Determination process:
B-3. Processing according to the judgment result:

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの概略構成：
図１は、燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。 A. First embodiment:
A-1. General configuration of the fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system. The fuel cell system is mounted on a vehicle.

図示するように、燃料電池システムは、燃料電池スタック（以下、単に「スタック」とも呼ぶ）１００と、燃料ガス供給部２１０と、酸化ガス供給部２２０と、負荷装置３１０と、スタック電圧設定部３２０と、温度検出部４１０と、セル電圧検出部４２０と、各部２１０，２２０，３１０，３２０を制御するコントローラ４３０と、を備えている。 As illustrated, the fuel cell system includes a fuel cell stack (hereinafter also simply referred to as “stack”) 100, a fuel gas supply unit 210, an oxidizing gas supply unit 220, a load device 310, and a stack voltage setting unit 320. A temperature detection unit 410, a cell voltage detection unit 420, and a controller 430 for controlling each unit 210, 220, 310, 320.

スタック１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型の燃料電池であり、燃料ガスに含まれる水素ガスと、酸化ガス（空気）に含まれる酸素ガスと、を利用して発電する。 The stack 100 is a solid polymer fuel cell that is relatively small and excellent in power generation efficiency, and generates power using hydrogen gas contained in the fuel gas and oxygen gas contained in the oxidizing gas (air).

図２は、図１の燃料電池スタック１００の内部構造を模式的に示す説明図である。図示するように、スタック１００は、交互に積層された複数の発電ユニット１１０と複数のセパレータ１２０とを含んでいる。 FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the internal structure of the fuel cell stack 100 of FIG. As illustrated, the stack 100 includes a plurality of power generation units 110 and a plurality of separators 120 that are alternately stacked.

発電ユニット１１０は、電解質膜１１２を含んでおり、電解質膜１１２の一方の面側には、第１の電極触媒層（アノード）１１４ａと第１のガス拡散層１１６ａとがこの順に設けられており、電解質膜１１２の他方の面側には、第２の電極触媒層（カソード）１１４ｃと第２のガス拡散層１１６ｃとがこの順に設けられている。発電ユニット１１０の一方の側には、第１のガス拡散層１１６ａに接触する第１のセパレータ１２０が配置されており、発電ユニット１１０の他方の側には、第２のガス拡散層１１６ｃに接触する第２のセパレータ１２０が配置されている。各セパレータ１２０の両面には、複数の溝が形成されており、発電ユニット１１０の第１のガス拡散層１１６ａと第１のセパレータ１２０との間には、アノード側ガス通路１２１が形成されており、発電ユニット１１０の第２のガス拡散層１１６ｃと第２のセパレータ１２０との間には、カソード側ガス通路１２２が形成されている。 The power generation unit 110 includes an electrolyte membrane 112. On one surface side of the electrolyte membrane 112, a first electrode catalyst layer (anode) 114a and a first gas diffusion layer 116a are provided in this order. On the other surface side of the electrolyte membrane 112, a second electrode catalyst layer (cathode) 114c and a second gas diffusion layer 116c are provided in this order. The first separator 120 that is in contact with the first gas diffusion layer 116a is disposed on one side of the power generation unit 110, and the second gas diffusion layer 116c is in contact with the other side of the power generation unit 110. A second separator 120 is disposed. A plurality of grooves are formed on both surfaces of each separator 120, and an anode-side gas passage 121 is formed between the first gas diffusion layer 116 a of the power generation unit 110 and the first separator 120. A cathode side gas passage 122 is formed between the second gas diffusion layer 116 c of the power generation unit 110 and the second separator 120.

アノード側ガス通路１２１では、燃料ガス供給部２１０から供給された燃料ガスが流通し、カソード側ガス通路１２２では、酸化ガス供給部２２０から供給された酸化ガスが流通する。そして、燃料ガスと酸化ガスとは、発電ユニット１１０において電気化学反応に利用される。 In the anode side gas passage 121, the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 210 flows, and in the cathode side gas passage 122, the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply unit 220 flows. The fuel gas and the oxidizing gas are used for electrochemical reaction in the power generation unit 110.

本実施例における発電ユニット１１０と、第１のセパレータ１２０のうちのアノード側ガス通路１２１を含む部分と、第２のセパレータ１２０のうちのカソード側ガス通路１２２を含む部分と、を含むブロックが、１つのセルに相当する。すなわち、本実施例では、スタック１００は、複数（例えば１００個）のセルを備えている。 A block including the power generation unit 110 in the present embodiment, a portion including the anode-side gas passage 121 of the first separator 120, and a portion including the cathode-side gas passage 122 of the second separator 120, It corresponds to one cell. In other words, in the present embodiment, the stack 100 includes a plurality of (for example, 100) cells.

なお、電解質膜１１２としては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜を用いることができる。電極触媒層１１４ａ，１１４ｃとしては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた層を用いることができる。ガス拡散層１１６ａ，１１６ｃは、カーボンペーパなどのガス透過性および導電性を有する材料で形成される。また、セパレータ１２０は、導電性を有し、ガス透過性を有していない金属やカーボンなどで形成される。 As the electrolyte membrane 112, a membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine resin can be used. As the electrode catalyst layers 114a and 114c, layers in which a catalyst such as platinum is supported on carbon particles can be used. The gas diffusion layers 116a and 116c are formed of a material having gas permeability and conductivity such as carbon paper. The separator 120 is made of metal, carbon, or the like that has conductivity and does not have gas permeability.

燃料ガス供給部２１０（図１）は、燃料ガスをスタック１００に供給する機能を有しており、例えば、水素タンクと減圧弁とを含んでいる。 The fuel gas supply unit 210 (FIG. 1) has a function of supplying fuel gas to the stack 100, and includes, for example, a hydrogen tank and a pressure reducing valve.

酸化ガス供給部２２０は、酸化ガス（空気）をスタック１００に供給する機能を有しており、例えば、ブロワを含んでいる。 The oxidizing gas supply unit 220 has a function of supplying oxidizing gas (air) to the stack 100 and includes, for example, a blower.

負荷装置３１０は、スタック１００に接続され、スタック１００から出力された電力を利用する。負荷装置３１０は、例えば、スタック１００から出力された直流電力を利用する第１種の補機や、該直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータや、変換後の交流電流を利用するモータおよび第２種の補機などを含んでいる。 The load device 310 is connected to the stack 100 and uses the power output from the stack 100. The load device 310 includes, for example, a first type auxiliary machine that uses DC power output from the stack 100, a DC / AC inverter that converts the DC power into AC power, and a motor that uses the converted AC current. And a second type of auxiliary machine.

スタック電圧設定部３２０は、スタック１００と並列に接続されており、スタック１００の出力電圧（目標値）を設定する機能を有している。スタック電圧設定部３２０は、例えば、二次電池に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを含んでいる。 The stack voltage setting unit 320 is connected in parallel with the stack 100 and has a function of setting an output voltage (target value) of the stack 100. The stack voltage setting unit 320 includes, for example, a DC / DC converter connected to a secondary battery.

温度検出部４１０は、スタック１００の近傍に設けられており、スタック１００の周囲温度を検出する。 The temperature detection unit 410 is provided in the vicinity of the stack 100 and detects the ambient temperature of the stack 100.

セル電圧検出部４２０は、スタック１００に含まれる複数のセルのセル電圧を検出する。例えば、セル電圧検出部４２０は、スイッチ回路と電圧計とを含んでいる。スイッチ回路の複数の端子は複数のセルに接続されており、スイッチ回路内部に設けられたスイッチを順次切り替えることによって、複数のセルのセル電圧が順次検出される。 The cell voltage detection unit 420 detects cell voltages of a plurality of cells included in the stack 100. For example, the cell voltage detection unit 420 includes a switch circuit and a voltmeter. The plurality of terminals of the switch circuit are connected to the plurality of cells, and the cell voltages of the plurality of cells are sequentially detected by sequentially switching the switches provided in the switch circuit.

なお、セル電圧は、発電ユニット１１０のアノード１１４ａとカソード１１４ｃとの電位差を示す。本実施例では、セル電圧として、アノード１１４ａと電気的に接続された第１のセパレータ１２０と、カソード１１４ｃと電気的に接続された第２のセパレータ１２０と、の間の電位差が用いられる。すなわち、本実施例では、スイッチ回路の複数の端子は、スタック１００に含まれる複数のセパレータ１２０にそれぞれ接続されている。 The cell voltage indicates a potential difference between the anode 114a and the cathode 114c of the power generation unit 110. In this embodiment, a potential difference between the first separator 120 electrically connected to the anode 114a and the second separator 120 electrically connected to the cathode 114c is used as the cell voltage. That is, in the present embodiment, the plurality of terminals of the switch circuit are connected to the plurality of separators 120 included in the stack 100, respectively.

なお、セル電圧検出部４２０は、スイッチ回路と電圧計とに代えて、複数のセルに対応する複数の電圧計を含んでいてもよい。ただし、スイッチ回路を利用すれば、電圧計の数を低減することができるという利点がある。 Note that the cell voltage detection unit 420 may include a plurality of voltmeters corresponding to a plurality of cells, instead of the switch circuit and the voltmeter. However, the use of a switch circuit has the advantage that the number of voltmeters can be reduced.

コントローラ４３０は、負荷装置３１０の負荷に応じて要求される電力に基づいて、スタック１００の出力電圧の目標値を決定する。なお、負荷装置３１０の負荷が比較的大きい場合には、要求される電力は比較的大きく、スタックの出力電圧の目標値は比較的小さな値に決定される。そして、コントローラ４３０は、スタック１００の出力電圧が該目標値となるように、スタック電圧設定部３２０に該目標値と等しい電圧を出力させる。また、コントローラ４３０は、負荷装置３１０の負荷に応じて要求される電力が負荷装置３１０に供給されるように、スタック１００に供給されるべき燃料ガスの量および酸化ガスの量を決定し、燃料ガス供給部２１０および酸化ガス供給部２２０を制御する。なお、負荷装置３１０の負荷が比較的大きい場合には、要求される電力は比較的大きく、燃料ガスの供給量および酸化ガスの供給量は比較的大きな量に決定される。 The controller 430 determines a target value for the output voltage of the stack 100 based on the power required according to the load of the load device 310. When the load of the load device 310 is relatively large, the required power is relatively large, and the target value of the stack output voltage is determined to be a relatively small value. Then, the controller 430 causes the stack voltage setting unit 320 to output a voltage equal to the target value so that the output voltage of the stack 100 becomes the target value. In addition, the controller 430 determines the amount of fuel gas and the amount of oxidizing gas to be supplied to the stack 100 so that electric power required according to the load of the load device 310 is supplied to the load device 310, and the fuel The gas supply unit 210 and the oxidizing gas supply unit 220 are controlled. When the load of the load device 310 is relatively large, the required power is relatively large, and the supply amount of the fuel gas and the supply amount of the oxidizing gas are determined to be relatively large amounts.

特に、本実施例では、コントローラ４３０は、温度検出部４１０の検出結果と、セル電圧検出部４２０の検出結果と、を用いて、スタック１００内部で反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かを判定する（後述する）。 In particular, in this embodiment, the controller 430 uses the detection result of the temperature detection unit 410 and the detection result of the cell voltage detection unit 420 to determine whether or not a reaction gas deficiency state has occurred inside the stack 100. Is determined (described later).

なお、本実施例におけるセル電圧検出部４２０が本発明における電圧検出部に相当する。また、本実施例におけるコントローラ４３０と負荷装置３１０とスタック電圧設定部３２０と燃料ガス供給部２１０と酸化ガス供給部２２０とが本発明における処理実行部に相当する。 In addition, the cell voltage detection part 420 in a present Example corresponds to the voltage detection part in this invention. In addition, the controller 430, the load device 310, the stack voltage setting unit 320, the fuel gas supply unit 210, and the oxidizing gas supply unit 220 in this embodiment correspond to the processing execution unit in the present invention.

Ａ−２．セルの電流−電圧特性：
図３は、燃料電池スタックに含まれるセルの電流−電圧特性を模式的に示す説明図である。図中、横軸は電流密度（Ａ／ｍ²）を示しており、縦軸はセル電圧（Ｖ）を示している。なお、「ＯＣＶ」は、セルの開回路電圧すなわち起電圧を意味する。 A-2. Cell current-voltage characteristics:
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing current-voltage characteristics of cells included in the fuel cell stack. In the figure, the horizontal axis indicates the current density (A / m ² ), and the vertical axis indicates the cell voltage (V). “OCV” means an open circuit voltage of a cell, that is, an electromotive voltage.

図３の曲線Ｃ１は、発電に充分な量の燃料ガスおよび酸化ガスがセルに供給される場合の電流−電圧特性を示している。一方、曲線Ｃ２，Ｃ３は、発電に充分な量の燃料ガスと不充分な量の酸化ガスとがセルに供給される場合の電流−電圧特性を示している。具体的には、曲線Ｃ２は、比較的多量の酸化ガスがセルに供給される場合の特性を示しており、曲線Ｃ３は、比較的少量の酸化ガスがセルに供給される場合の特性を示している。ここで、発電に充分な量とは、スタックが負荷に応じて要求される電力を出力するのに不足しない量を意味しており、発電に不充分な量とは、スタックが該電力を出力するのに不足する量を意味している。 A curve C1 in FIG. 3 shows a current-voltage characteristic when a sufficient amount of fuel gas and oxidizing gas are supplied to the cell. On the other hand, curves C2 and C3 indicate current-voltage characteristics when a sufficient amount of fuel gas and insufficient amount of oxidizing gas are supplied to the cell. Specifically, the curve C2 shows the characteristic when a relatively large amount of oxidizing gas is supplied to the cell, and the curve C3 shows the characteristic when a relatively small amount of oxidizing gas is supplied to the cell. ing. Here, an amount sufficient for power generation means an amount that the stack does not have enough to output the power required according to the load, and an amount insufficient for power generation means that the stack outputs the power. It means the amount that is insufficient to do.

曲線Ｃ１と曲線Ｃ２，Ｃ３とを比較して分かるように、発電に不充分な量の酸化ガスがセルに供給される場合には、セル電圧は低くなる。また、曲線Ｃ２と曲線Ｃ３とを比較して分かるように、セルに供給される酸化ガスの量が少ないほどセル電圧は低くなり、マイナスの値を示し得る。 As can be seen from a comparison between the curve C1 and the curves C2 and C3, the cell voltage is lowered when an insufficient amount of oxidizing gas is supplied to the cell. Further, as can be seen by comparing the curve C2 and the curve C3, the smaller the amount of oxidizing gas supplied to the cell, the lower the cell voltage, which may indicate a negative value.

なお、図３の曲線Ｃ２，Ｃ３は、発電に充分な量の燃料ガスと不充分な量の酸化ガスがセルに供給される場合の電流−電圧特性を示しているが、発電に不充分な量の燃料ガスと充分な量の酸化ガスとがセルに供給される場合にも、同様に電流−電圧特性が劣化する。すなわち、発電に不充分な量の燃料ガスがセルに供給される場合にも、セル電圧は低くなり、セルに供給される燃料ガスの量が少ないほどセル電圧は低くなり、マイナスの値を示し得る。 Curves C2 and C3 in FIG. 3 show current-voltage characteristics when a sufficient amount of fuel gas and insufficient amount of oxidizing gas are supplied to the cell, but this is insufficient for power generation. When a sufficient amount of fuel gas and a sufficient amount of oxidizing gas are supplied to the cell, the current-voltage characteristics are similarly deteriorated. In other words, even when an insufficient amount of fuel gas for power generation is supplied to the cell, the cell voltage becomes lower, and the smaller the amount of fuel gas supplied to the cell, the lower the cell voltage, indicating a negative value. obtain.

実際のスタック１００では、反応ガスの欠乏状態は、例えば、スタック１００の発電停止期間中にセル内部に残留する水が凍結することによって発生する。すなわち、水が凍結すると、セル内部のガス通路１２１，１２２で反応ガスの流通が妨げられたり、セル内部のガス拡散層１１６ａ，１１６ｃで反応ガスの流通が妨げられたりして、電極触媒層１１４ａ，１１４ｃに発電に必要な反応ガスが充分に供給されない。なお、反応ガスの流通が妨げられるのは、凍結により、反応ガスの流路を構成する開口部の面積が狭められるためである。 In the actual stack 100, the reaction gas deficiency state occurs, for example, when water remaining inside the cell freezes during the power generation stop period of the stack 100. That is, when the water is frozen, the flow of the reaction gas is blocked by the gas passages 121 and 122 inside the cell, or the flow of the reaction gas is blocked by the gas diffusion layers 116a and 116c inside the cell, so that the electrode catalyst layer 114a. 114c is not sufficiently supplied with the reaction gas necessary for power generation. The reason why the flow of the reaction gas is hindered is that the area of the opening constituting the flow path of the reaction gas is narrowed by freezing.

セル内部に残留する水には、電気化学反応の進行に伴って生成される水（生成水）が含まれる。水は、第２の電極触媒層（カソード）１１４ｃで生成されるため、カソード側に多く存在する。ただし、カソード側の水は、電解質膜１１２を介して、アノード側に移動し得る。このため、水の凍結に起因して、アノード側およびカソード側の双方において、水の凍結が発生し得る。また、セル内部に残留する水には、反応ガスの加湿のために反応ガス中に含有された水蒸気が含まれ得る。 The water remaining inside the cell includes water (produced water) generated as the electrochemical reaction proceeds. Since water is generated in the second electrode catalyst layer (cathode) 114c, a large amount of water exists on the cathode side. However, the water on the cathode side can move to the anode side via the electrolyte membrane 112. For this reason, freezing of water can occur on both the anode side and the cathode side due to freezing of water. Further, water remaining inside the cell may contain water vapor contained in the reaction gas for humidification of the reaction gas.

スタック１００に含まれる複数のセルのうちの一部のセルが反応ガスの欠乏状態である場合には、図３の曲線Ｃ２，Ｃ３で説明したように、該一部のセルの電圧が過度に低下する。ただし、スタック１００の出力電圧は、スタック電圧設定部３２０によって設定された目標値で維持される。このため、複数のセルの平均セル電圧および各セルの電流密度はほぼ一定に保たれるが、他の大多数のセルのセル電圧はやや高くなる。 When some of the plurality of cells included in the stack 100 are in a reaction gas deficient state, as described with reference to the curves C2 and C3 in FIG. descend. However, the output voltage of the stack 100 is maintained at the target value set by the stack voltage setting unit 320. For this reason, the average cell voltage of a plurality of cells and the current density of each cell are kept substantially constant, but the cell voltages of most other cells are slightly higher.

セルが燃料ガスの欠乏状態（水素欠乏状態）である場合に起こり得る現象と、セルが酸化ガスの欠乏状態（酸素欠乏状態）である場合に起こり得る現象とは、異なる。 The phenomenon that can occur when the cell is in a fuel gas deficient state (hydrogen deficient state) is different from the phenomenon that can occur when the cell is in an oxidizing gas deficient state (oxygen deficient state).

すなわち、セルが水素欠乏状態である場合には、該セルが損傷を受け、この結果、スタックが発電不能となる虞もある。具体的には、セルが水素欠乏状態であり、該セルのセル電圧が逆電圧となる場合には、電極触媒層１１４ａ，１１４ｃに含まれるカーボン（Ｃ）が一酸化炭素ガス（ＣＯ）や二酸化炭素ガス（ＣＯ₂）に変換され、電極触媒層１１４ａ，１１４ｃが腐食してしまう。一方、セルが酸素欠乏状態である場合には、通常、該セルは損傷をあまり受けず、スタックが発電不能となる虞も少ない。具体的には、セルが酸素欠乏状態であり、該セルのセル電圧が逆電圧となる場合には、第２の電極触媒層（カソード）１１４ｃでプロトン（Ｈ⁺）が結合して水素ガス（Ｈ₂）が生成されるが、電極触媒層１１４ａ，１１４ｃは損傷をあまり受けない。 That is, when the cell is in a hydrogen deficient state, the cell may be damaged, and as a result, the stack may not be able to generate power. Specifically, when the cell is in a hydrogen-deficient state and the cell voltage of the cell is a reverse voltage, carbon (C) contained in the electrode catalyst layers 114a and 114c is converted into carbon monoxide gas (CO) or carbon dioxide. It is converted into carbon gas (CO ₂ ), and the electrode catalyst layers 114a and 114c are corroded. On the other hand, when the cell is in an oxygen-deficient state, the cell is usually not damaged so much that the stack is less likely to be unable to generate power. Specifically, when the cell is in an oxygen-deficient state and the cell voltage of the cell becomes a reverse voltage, protons (H ⁺ ) are combined with hydrogen gas (at the second electrode catalyst layer (cathode) 114c). H ₂ ) is produced, but the electrode catalyst layers 114a and 114c are not significantly damaged.

したがって、セルが水素欠乏状態である場合に採用されるべき対策と、セルが酸素欠乏状態である場合に採用されるべき対策とは、通常異なっている。このため、スタック内部で水素欠乏状態が発生しているか否かを判定する必要がある。また、スタック内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かを判定する必要がある。 Therefore, the measures to be taken when the cell is in a hydrogen deficient state are usually different from the measures to be adopted when the cell is in an oxygen deficient state. For this reason, it is necessary to determine whether or not a hydrogen deficient state has occurred in the stack. In addition, it is necessary to determine whether or not an oxygen-deficient state has occurred inside the stack.

本実施例では、スタック内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かを判定する場合について説明する。なお、スタック内部で水素欠乏状態が発生しているか否かを判定する場合については、第２実施例で説明する。 In this embodiment, a case will be described in which it is determined whether or not an oxygen-deficient state has occurred in the stack. The case where it is determined whether or not a hydrogen deficient state has occurred in the stack will be described in the second embodiment.

Ａ−３．起動処理：
図４は、燃料電池システムの起動処理の内容を示す説明図である。図４の処理は、例えば、車両のユーザがイグニションスイッチをオン状態に設定したときに実行される。本実施例では、この起動処理において、スタック内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かが判定される。 A-3. Start process:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the contents of the startup process of the fuel cell system. The process in FIG. 4 is executed, for example, when the user of the vehicle sets the ignition switch to the on state. In this embodiment, it is determined in this start-up process whether or not an oxygen-deficient state has occurred inside the stack.

ステップＳ１０２では、温度検出部４１０は、スタック１００の周囲温度を検出し、コントローラ４３０は、温度検出部４１０から温度検出値を取得する。 In step S 102, the temperature detection unit 410 detects the ambient temperature of the stack 100, and the controller 430 acquires a temperature detection value from the temperature detection unit 410.

ステップＳ１０４では、コントローラ４３０は、温度検出値が氷点（例えば０℃）以下であるか否かを判断する。氷点は、車両が利用される環境（気圧）に応じて設定されることが好ましい。 In step S104, the controller 430 determines whether or not the temperature detection value is below a freezing point (for example, 0 ° C.). The freezing point is preferably set according to the environment (atmospheric pressure) in which the vehicle is used.

なお、上記のステップＳ１０２，Ｓ１０４の処理は、スタック１００内部で水が凍結しているか否かを推定するために実行される。 Note that the processes in steps S102 and S104 are executed to estimate whether or not water is frozen in the stack 100.

ステップＳ１０４において温度検出値が氷点よりも高いと判断される場合（すなわちスタック１００内部で水が凍結していない場合）には、ステップＳ１０６に進む。 When it is determined in step S104 that the temperature detection value is higher than the freezing point (that is, when water is not frozen in the stack 100), the process proceeds to step S106.

ステップＳ１０６では、コントローラ４３０は、燃料電池システムを制御して、通常発電を開始させる。具体的には、負荷装置３１０の負荷に応じて、スタック電圧設定部３２０と燃料ガス供給部２１０と酸化ガス供給部２２０とを制御する。なお、通常発電では、平均セル電圧が比較的高い値（例えば約０．６Ｖ〜約１．０Ｖの値）で発電が行われる。 In step S106, the controller 430 controls the fuel cell system to start normal power generation. Specifically, the stack voltage setting unit 320, the fuel gas supply unit 210, and the oxidizing gas supply unit 220 are controlled according to the load of the load device 310. In normal power generation, power generation is performed with a relatively high average cell voltage (for example, a value of about 0.6 V to about 1.0 V).

一方、ステップＳ１０４において温度検出値が氷点以下であると判断される場合（すなわちスタック１００内部で水が凍結し得る場合）には、ステップＳ１１０に進む。 On the other hand, when it is determined in step S104 that the temperature detection value is below the freezing point (that is, when water can be frozen inside the stack 100), the process proceeds to step S110.

ステップＳ１１０では、判定のための準備処理と、判定処理と、判定結果に応じた処理と、が実行される。本実施例では、前述のように、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かが判定される。 In step S110, preparation processing for determination, determination processing, and processing according to the determination result are executed. In the present embodiment, as described above, it is determined whether or not an oxygen deficient state has occurred in the stack 100.

図５は、第１実施例におけるステップＳ１１０（図４）の処理の内容を示す説明図である。なお、ステップＳ１２２〜Ｓ１２８の処理が準備処理であり、ステップＳ１３２〜Ｓ１３９の処理が判定処理であり、ステップＳ１４２の処理が判定結果に応じた処理である。なお、後述するように、準備処理では、実験的な発電が行われ、判定処理では、本来の発電が行われる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the contents of the process of step S110 (FIG. 4) in the first embodiment. Note that the processes of steps S122 to S128 are preparation processes, the processes of steps S132 to S139 are determination processes, and the process of step S142 is a process according to the determination result. As will be described later, experimental power generation is performed in the preparation process, and original power generation is performed in the determination process.

Ａ−３−１．準備処理：
ステップＳ１２２では、第１の状態（第１の環境）で各セルのセル電圧が検出される。第１の状態では、スタック１００に比較的小さな電力を発生させるのに充分な量の反応ガスがスタック１００に供給される。 A-3-1. Preparation process:
In step S122, the cell voltage of each cell is detected in the first state (first environment). In the first state, a sufficient amount of reaction gas is supplied to the stack 100 to generate relatively small power in the stack 100.

具体的には、コントローラ４３０は、スタック１００に比較的小さな電力を発生させるために、負荷装置３１０の負荷を比較的低い値に設定する。そして、コントローラ４３０は、スタック電圧設定部３２０の出力電圧を比較的高い値に設定する。なお、このとき、平均セル電圧は比較的高い値となり、電流密度は比較的低い値となる。例えば、平均セル電圧は、図３の電圧Ｖａである。 Specifically, the controller 430 sets the load of the load device 310 to a relatively low value in order to generate relatively small power in the stack 100. Then, the controller 430 sets the output voltage of the stack voltage setting unit 320 to a relatively high value. At this time, the average cell voltage has a relatively high value and the current density has a relatively low value. For example, the average cell voltage is the voltage Va in FIG.

また、コントローラ４３０は、燃料ガス供給部２１０と酸化ガス供給部２２０とを制御して、スタック１００に比較的小さな電力を発生させるのに充分な量の燃料ガスと酸化ガスとをスタック１００に供給する。 The controller 430 also controls the fuel gas supply unit 210 and the oxidizing gas supply unit 220 to supply the stack 100 with a sufficient amount of fuel gas and oxidizing gas to generate a relatively small amount of power in the stack 100. To do.

さらに、セル電圧検出部４２０は、各セルのセル電圧を順次検出し、コントローラ４３０は、セル電圧検出部４２０から複数のセルに対応する複数の第１の電圧検出値を取得する。 Furthermore, the cell voltage detection unit 420 sequentially detects the cell voltage of each cell, and the controller 430 acquires a plurality of first voltage detection values corresponding to the plurality of cells from the cell voltage detection unit 420.

上記のように、ステップＳ１２２においてスタック１００に比較的小さな電力を発生させることにより、準備処理（ステップＳ１２２〜Ｓ１２８）における実験的な発電に起因して生成される水（生成水）の量を比較的小さくすることができる。 As described above, the amount of water (generated water) generated due to the experimental power generation in the preparation process (steps S122 to S128) is compared by generating relatively small power in the stack 100 in step S122. Can be made smaller.

ステップＳ１２４では、第２の状態（第２の環境）で各セルのセル電圧が検出される。第２の状態では、第１の状態よりもスタック１００への酸化ガスの供給量が低減される。 In step S124, the cell voltage of each cell is detected in the second state (second environment). In the second state, the supply amount of the oxidizing gas to the stack 100 is reduced as compared with the first state.

具体的には、コントローラ４３０は、酸化ガス供給部２２０を制御して、酸化ガスの供給量を低減させる。また、セル電圧検出部４２０は、各セルのセル電圧を順次検出し、コントローラ４３０は、セル電圧検出部４２０から複数のセルに対応する複数の第２の電圧検出値を取得する。なお、本実施例では、ステップＳ１２４において、負荷装置３１０の負荷と、スタック電圧設定部３２０の出力電圧と、燃料ガス供給部２１０の燃料ガスの供給量とは、変更されていない。 Specifically, the controller 430 controls the oxidizing gas supply unit 220 to reduce the supply amount of the oxidizing gas. The cell voltage detection unit 420 sequentially detects the cell voltage of each cell, and the controller 430 acquires a plurality of second voltage detection values corresponding to the plurality of cells from the cell voltage detection unit 420. In the present embodiment, in step S124, the load of the load device 310, the output voltage of the stack voltage setting unit 320, and the fuel gas supply amount of the fuel gas supply unit 210 are not changed.

図６は、複数のセルに対応する複数のセル電圧の変化を示す説明図である。図中、横軸は時間（ｓ）を示しており、縦軸はセル電圧（Ｖ）を示している。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing changes in a plurality of cell voltages corresponding to a plurality of cells. In the figure, the horizontal axis indicates time (s), and the vertical axis indicates cell voltage (V).

図示するように、ステップＳ１２２の処理が実行される第１の期間Ｔ１では、各セルのセル電圧は、互いにほぼ等しく、比較的高い値を示している。ステップＳ１２４の処理が実行される第２の期間Ｔ２では、大多数のセルのセル電圧は、互いにほぼ等しく、第１の期間Ｔ１における電圧と概ね同じ値を示すが、一部のセルの電圧は低下している。なお、図６では、セル番号＃１０，＃２０，＃８０の３つのセルのセル電圧が低下している。 As shown in the figure, in the first period T1 in which the process of step S122 is executed, the cell voltages of the cells are substantially equal to each other and have a relatively high value. In the second period T2 in which the process of step S124 is executed, the cell voltages of the majority of cells are substantially equal to each other and show approximately the same value as the voltage in the first period T1, but the voltages of some cells are It is falling. In FIG. 6, the cell voltages of the three cells of cell numbers # 10, # 20, and # 80 are lowered.

ステップＳ１２４において酸化ガスの供給量が低減されると、水の凍結に起因して、一部のセルは、酸素ガスがカソード１１４ｃに充分に供給されない酸素欠乏状態となる。具体的には、ステップＳ１２２では、スタック１００に充分な酸化ガスが供給されていると共にスタック１００が出力すべき電力が比較的小さいため、すべてのセルのカソード１１４ｃには、該電力を発生させるのに充分な酸化ガスが供給される。しかしながら、ステップＳ１２４においてスタック１００に供給される酸化ガスが低減されると、一部のセルのカソード１１４ｃには、該電力を発生させるのに充分な酸化ガスが供給されない。この結果、図３で説明したように、該一部のセルのセル電圧は低下する。 When the supply amount of the oxidizing gas is reduced in step S124, some cells are in an oxygen-deficient state in which oxygen gas is not sufficiently supplied to the cathode 114c due to freezing of water. Specifically, in step S122, since sufficient oxidizing gas is supplied to the stack 100 and the power that the stack 100 should output is relatively small, the power is generated in the cathodes 114c of all the cells. A sufficient oxidizing gas is supplied. However, if the oxidizing gas supplied to the stack 100 is reduced in step S124, the oxidizing gas sufficient to generate the electric power is not supplied to the cathodes 114c of some cells. As a result, as described with reference to FIG. 3, the cell voltage of the part of cells decreases.

ただし、本実施例では、ステップＳ１２２，Ｓ１２４において、スタック１００に比較的小さな電力を発生させるためにスタック１００の出力電圧（すなわちスタック電圧設定部３２０の出力電圧）が比較的高い値に設定されている。このため、ステップＳ１２４において酸素欠乏状態のセルが逆電圧にならずに済む（図３参照）。 However, in this embodiment, the output voltage of the stack 100 (that is, the output voltage of the stack voltage setting unit 320) is set to a relatively high value in steps S122 and S124 in order to generate relatively small power in the stack 100. Yes. For this reason, it is not necessary for the cell in the oxygen-deficient state to become a reverse voltage in step S124 (see FIG. 3).

各セルのセル電圧の低下量の大きさは、各セルのカソード側ガス通路１２２およびガス拡散層１１６ｃにおける酸化ガスの流通の阻害の程度、すなわち、酸化ガスの流路を構成する開口部の面積の大きさに依存している。具体的には、セル番号＃１０，＃２０，＃８０の３つのセルの中では、セル電圧の低下量の最も大きいセル番号＃２０のセルにおいて、開口面積が最も小さくなっている。 The magnitude of the cell voltage decrease amount of each cell is the degree of inhibition of the flow of the oxidizing gas in the cathode side gas passage 122 and the gas diffusion layer 116c of each cell, that is, the area of the opening constituting the oxidizing gas flow path. Depends on the size of Specifically, among the three cells of cell numbers # 10, # 20, and # 80, the opening area is the smallest in the cell of cell number # 20 having the largest cell voltage decrease amount.

なお、本実施例では、前述の第１の電圧検出値は、第１の期間Ｔ１の終了時点で検出され、前述の第２の電圧検出値は、第２の期間Ｔ２の終了時点で検出される。 In this embodiment, the first voltage detection value is detected at the end of the first period T1, and the second voltage detection value is detected at the end of the second period T2. The

ステップＳ１２６（図５）では、コントローラ４３０は、ステップＳ１２２，Ｓ１２４で得られた各セルの２つの電圧検出値を用いて、各セルのセル電圧の低下量（絶対値）を求める。具体的には、セル電圧の低下量ΔＶ（絶対値）は、ステップＳ１２２で得られた第１の電圧検出値Ｖ１と、ステップＳ１２４で得られた第２の電圧検出値Ｖ２と、の差分（ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２）である。 In step S126 (FIG. 5), the controller 430 uses the two voltage detection values of each cell obtained in steps S122 and S124 to determine the cell voltage decrease amount (absolute value) of each cell. Specifically, the cell voltage decrease amount ΔV (absolute value) is the difference between the first voltage detection value V1 obtained in step S122 and the second voltage detection value V2 obtained in step S124 ( ΔV = V1−V2).

ステップＳ１２８では、セル電圧の低下量が所定量に達したセルが特定される。具体的には、コントローラ４３０は、ステップＳ１２６で求められた各セルの電圧の低下量ΔＶが所定量ΔＶｔ（図６参照）以上であるか否かを調べ、セル電圧の低下量ΔＶが所定量ΔＶｔ以上の１以上のセル（以下、「第１種のセル」とも呼ぶ）を選択する。なお、所定量は、例えば、０．３Ｖに設定される。そして、コントローラ４３０は、第１種のセルのセル番号を、コントローラ４３０内部のメモリ４３２に記憶する。本実施例では、図６に示す３つのセルのセル番号＃１０，＃２０，＃８０がメモリ４３２内に記憶される。 In step S128, the cell whose cell voltage decrease amount has reached a predetermined amount is identified. Specifically, the controller 430 checks whether or not the voltage decrease amount ΔV of each cell obtained in step S126 is equal to or larger than a predetermined amount ΔVt (see FIG. 6), and the cell voltage decrease amount ΔV is a predetermined amount. One or more cells of ΔVt or more (hereinafter also referred to as “first type cell”) are selected. The predetermined amount is set to 0.3 V, for example. Then, the controller 430 stores the cell number of the first type cell in the memory 432 inside the controller 430. In this embodiment, cell numbers # 10, # 20, and # 80 of three cells shown in FIG. 6 are stored in the memory 432.

なお、ステップＳ１２２〜Ｓ１２８の処理により、酸素欠乏状態になり易いセル（第１種のセル）が特定される。 In addition, the cell (1st type cell) which becomes easy to be oxygen-deficient state is specified by the process of step S122-S128.

Ａ−３−２．判定処理：
ステップＳ１３２では、第３の状態（第３の環境）で各セルのセル電圧が検出される。第３の状態では、スタック１００に比較的大きな電力を発生させるのに充分な量の反応ガスがスタック１００に供給される。すなわち、本実施例では、ステップＳ１３２において、実験的な発電ではない本来の発電、より具体的には、暖気のための発電が開始される。暖機のための発電では、平均セル電圧が比較的低い値（例えば約０．４Ｖ〜約０．６Ｖの値）で発電が行われる。 A-3-2. Determination process:
In step S132, the cell voltage of each cell is detected in the third state (third environment). In the third state, a sufficient amount of reaction gas is supplied to the stack 100 to generate relatively large power in the stack 100. That is, in this embodiment, in step S132, the original power generation that is not experimental power generation, more specifically, power generation for warm air is started. In power generation for warm-up, power generation is performed with a relatively low average cell voltage (for example, a value of about 0.4 V to about 0.6 V).

具体的には、コントローラ４３０は、スタック１００にステップＳ１２２よりも大きな電力を発生させるために、負荷装置３１０の負荷をステップＳ１２２よりも高い値に設定する。そして、コントローラ４３０は、スタック電圧設定部３２０の出力電圧をステップＳ１２２よりも低い値に設定する。なお、このとき、平均セル電圧はステップＳ１２２よりも低い値となり、電流密度はステップＳ１２２よりも高い値となる。例えば、平均セル電圧は、図３の電圧Ｖｂに設定される。 Specifically, the controller 430 sets the load of the load device 310 to a value higher than that in step S122 in order to cause the stack 100 to generate more power than in step S122. Then, the controller 430 sets the output voltage of the stack voltage setting unit 320 to a value lower than that in step S122. At this time, the average cell voltage is lower than that in step S122, and the current density is higher than that in step S122. For example, the average cell voltage is set to the voltage Vb in FIG.

また、コントローラ４３０は、燃料ガス供給部２１０と酸化ガス供給部２２０とを制御して、スタック１００に比較的大きな電力を発生させるのに充分な量の燃料ガスと酸化ガスとをスタック１００に供給する。なお、燃料ガスの供給量と酸化ガスの供給量とは、ステップＳ１２２の量よりも大きな量に設定される。 The controller 430 also controls the fuel gas supply unit 210 and the oxidizing gas supply unit 220 to supply the stack 100 with a sufficient amount of fuel gas and oxidizing gas to generate a relatively large amount of power in the stack 100. To do. The supply amount of the fuel gas and the supply amount of the oxidizing gas are set to be larger than the amount in step S122.

さらに、セル電圧検出部４２０は、各セルのセル電圧を順次検出し、コントローラ４３０は、セル電圧検出部４２０から複数のセルに対応する複数の第３の電圧検出値を取得する。 Further, the cell voltage detection unit 420 sequentially detects the cell voltage of each cell, and the controller 430 acquires a plurality of third voltage detection values corresponding to the plurality of cells from the cell voltage detection unit 420.

ステップＳ１３４では、セル電圧が過度に低い所定値に達したセルが特定される。具体的には、コントローラ４３０は、ステップＳ１３２で取得した各セルの第３の電圧検出値が所定値以下であるか否かを調べ、第３の電圧検出値が所定値以下の１以上のセル（以下、「第２種のセル」とも呼ぶ）を選択する。なお、所定値は、例えば、０．１Ｖ，０Ｖなどに設定される。そして、コントローラ４３０は、第２種のセルのセル番号を、コントローラ４３０内部のメモリ４３２に記憶する。 In step S134, a cell whose cell voltage has reached a predetermined value that is excessively low is identified. Specifically, the controller 430 checks whether or not the third voltage detection value of each cell acquired in step S132 is equal to or smaller than a predetermined value, and one or more cells whose third voltage detection value is equal to or smaller than the predetermined value. (Hereinafter also referred to as “second type cell”). The predetermined value is set to 0.1 V, 0 V, etc., for example. Then, the controller 430 stores the cell number of the second type cell in the memory 432 inside the controller 430.

なお、ステップＳ１３２〜Ｓ１３４の処理により、酸素欠乏状態となっている可能性のあるセル（第２種のセル）が特定される。 In addition, the cell (2nd type cell) which may be in an oxygen deficient state is specified by the process of step S132-S134.

ステップＳ１３６では、第１種のセルと第２種のセルとが比較される。具体的には、コントローラ４３０は、ステップＳ１２８でメモリ４３２に記憶された第１種のセルのセル番号と、ステップＳ１３４でメモリ４３２に記憶された第２種のセル番号と、を比較する。 In step S136, the first type cell and the second type cell are compared. Specifically, the controller 430 compares the cell number of the first type cell stored in the memory 432 in step S128 with the second type cell number stored in the memory 432 in step S134.

第２種のセルのセル番号が第１種のセルのセル番号と一致する場合には、ステップＳ１３８において、コントローラ４３０は、第２種のセルは酸素欠乏状態であると判定する。このとき、ステップＳ１４２に進む。 If the cell number of the second type cell matches the cell number of the first type cell, the controller 430 determines in step S138 that the second type cell is in an oxygen deficient state. At this time, the process proceeds to step S142.

一方、第２種のセルのセル番号が第１種のセルのセル番号と一致しない場合には、ステップＳ１３９において、コントローラ４３０は、第２種のセルは酸素欠乏状態でないと判定する。 On the other hand, if the cell number of the second type cell does not match the cell number of the first type cell, in step S139, the controller 430 determines that the second type cell is not in an oxygen deficient state.

Ａ−３−３．判定結果に応じた処理：
ステップＳ１４２では、コントローラ４３０は、判定結果に応じた所定の処理を実行する。具体的には、コントローラ４３０は、暖機のための発電を継続させ、スタック電圧設定部３２０の出力電圧を増大させない。これは、スタック１００の出力電圧の増大（すなわちスタックの発電量の減少）に起因してスタック１００で発生する熱量が低下するのを防止するためである。この処理により、スタック内部で凍結した水（氷）の解凍を促進することができる。なお、スタック１００の暖機が終了すると、ステップＳ１０６と同様に通常発電が開始される。 A-3-3. Processing according to the judgment result:
In step S142, the controller 430 executes a predetermined process according to the determination result. Specifically, the controller 430 continues power generation for warm-up and does not increase the output voltage of the stack voltage setting unit 320. This is to prevent a decrease in the amount of heat generated in the stack 100 due to an increase in the output voltage of the stack 100 (that is, a decrease in the amount of power generated by the stack). By this treatment, thawing of water (ice) frozen inside the stack can be promoted. When warming up of the stack 100 ends, normal power generation is started as in step S106.

仮に、ステップＳ１３２において一部のセルのセル電圧が逆電圧となる場合でも、該セルが酸素欠乏状態である場合には、該セルは損傷をあまり受けない。このため、本実施例では、ステップＳ１４２において、スタック１００の発電を停止させたり、スタック１００の出力電圧を増大させたりして、セル電圧が逆電圧となるのを防止してセルの損傷を回避する必要はない。 Even if the cell voltages of some of the cells are reversed in step S132, if the cells are in an oxygen deficient state, the cells are not significantly damaged. For this reason, in this embodiment, in step S142, the power generation of the stack 100 is stopped or the output voltage of the stack 100 is increased to prevent the cell voltage from becoming a reverse voltage, thereby avoiding cell damage. do not have to.

なお、ステップＳ１３９において第２種のセルが酸素欠乏状態でないと判定された場合には、例えば、スタック１００の発電を停止するための処理が行われてもよいし、第２種のセルのセル電圧が低い他の原因を特定するための処理が行われてもよい。なお、他の原因には、例えば、電解質膜の乾燥（ドライアップ）や、水素欠乏（後述する）などが挙げられる。 If it is determined in step S139 that the second type cell is not in an oxygen deficient state, for example, a process for stopping power generation of the stack 100 may be performed, or the cell of the second type cell may be performed. A process for identifying another cause of the low voltage may be performed. Other causes include, for example, drying of the electrolyte membrane (drying up), hydrogen deficiency (described later), and the like.

以上説明したように、本実施例では、ステップＳ１２２〜Ｓ１２８の準備処理において、酸素欠乏状態になり易い第１種のセルが選択される。また、ステップＳ１３２〜Ｓ１３９の判定処理において、酸素欠乏状態となっている可能性のある第２種のセルが選択されて、第１種のセルと第２種のセルとが比較される。このため、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かを、より具体的には、第２種のセルが酸素欠乏状態であるか否かを容易に判定することができる。 As described above, in the present embodiment, the first type cell that is likely to be in an oxygen-deficient state is selected in the preparation processing in steps S122 to S128. Further, in the determination process in steps S132 to S139, the second type cell that may be in an oxygen deficient state is selected, and the first type cell and the second type cell are compared. For this reason, it can be easily determined whether or not an oxygen-deficient state has occurred inside the stack 100, more specifically, whether or not the second type cell is in an oxygen-deficient state.

また、本実施例では、準備処理と判定処理とが連続的に行われる。すなわち、スタック１００の起動の直前に準備処理が行われ、スタック１００の起動時に判定処理が行われる。このため、準備処理におけるスタック内部の酸化ガスの流路の状況（具体的には、流路を構成する開口部の面積）と、判定処理におけるスタック内部の酸化ガスの流路の状況とは、ほぼ同じである。このため、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かを正確に判定することができる。 In the present embodiment, the preparation process and the determination process are continuously performed. That is, a preparation process is performed immediately before the stack 100 is activated, and a determination process is performed when the stack 100 is activated. For this reason, the state of the flow path of the oxidizing gas inside the stack in the preparation process (specifically, the area of the opening constituting the flow path) and the state of the flow path of the oxidizing gas inside the stack in the determination process are: It is almost the same. For this reason, it is possible to accurately determine whether or not an oxygen-deficient state is generated inside the stack 100.

Ａ−４．第１実施例の変形例：
第１実施例では、ステップＳ１２８で複数の第１種のセルが選択され、ステップＳ１３４で複数の第２種のセルが選択される場合には、複数の第１種のセルのセル番号と複数の第２種のセルのセル番号とを比較することによって、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かの判定が行われている。第１実施例の変形例では、該判定の精度を向上させている。 A-4. Modification of the first embodiment:
In the first embodiment, when a plurality of first type cells are selected in step S128 and a plurality of second type cells are selected in step S134, the cell numbers and the plurality of first type cells are selected. It is determined whether or not an oxygen-deficient state has occurred in the stack 100 by comparing the cell number of the second type cell. In the modification of the first embodiment, the accuracy of the determination is improved.

Ａ−４−１．第１の変形例：
第１の変形例では、ステップＳ１２８において、コントローラ４３０は、複数の第１種のセルに関して、セル番号および順序をメモリ４３２に記憶する。また、ステップＳ１３４において、コントローラ４３０は、複数の第２種のセルに関して、セル番号および順序をメモリ４３２に記憶する。 A-4-1. First modification:
In the first modification, in step S128, the controller 430 stores the cell numbers and the order in the memory 432 for the plurality of first type cells. In step S 134, the controller 430 stores the cell number and order in the memory 432 regarding the plurality of second type cells.

図７は、第１実施例の第１の変形例においてメモリ４３２に記憶される情報を示す説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing information stored in the memory 432 in the first modification of the first embodiment.

図示するように、メモリ４３２には、複数の第１種のセルに関して、セル番号と順序とが記憶されている。セル番号は、前述のように、セル電圧の低下量が所定量以上のセルを示しており、順序は、セル電圧の低下量の大きさに基づいて決定される順序を示している。なお、セル電圧の低下量が最も大きいセルの順位が「１」に設定される。すなわち、第１の変形例では、ステップＳ１２８において、酸素欠乏状態になり易いセルと、電圧が低下し易い順序と、が特定される。 As illustrated, the memory 432 stores cell numbers and order for a plurality of first type cells. As described above, the cell number indicates a cell whose cell voltage decrease amount is a predetermined amount or more, and the order indicates an order determined based on the magnitude of the cell voltage decrease amount. It should be noted that the rank of the cell with the largest cell voltage drop is set to “1”. That is, in the first modification, in step S128, a cell that is likely to be in an oxygen-deficient state and an order in which the voltage is likely to decrease are specified.

また、メモリ４３２には、複数の第２種のセルに関して、セル番号と順序とが記憶されている。セル番号は、前述のように、第３の電圧検出値が所定値以下のセルを示しており、順序は、第３の電圧検出値の大きさに基づいて決定される順序を示している。なお、第３の電圧検出値が最も小さいセルの順位が「１」に設定される。 Further, the memory 432 stores cell numbers and order for a plurality of second type cells. As described above, the cell number indicates a cell whose third voltage detection value is a predetermined value or less, and the order indicates an order determined based on the magnitude of the third voltage detection value. Note that the rank of the cell having the smallest third voltage detection value is set to “1”.

そして、第１の変形例では、ステップＳ１３６において、複数の第１種のセルのセル番号および順序と、複数の第２種のセルのセル番号および順序と、が比較される。具体的には、複数の第２種のセルのセル番号および順序が、複数の第１種のセルのセル番号および順序と一致するか否かが調べられる。 In the first modification, in step S136, the cell numbers and order of the plurality of first type cells are compared with the cell numbers and order of the plurality of second type cells. Specifically, it is checked whether or not the cell numbers and order of the plurality of second type cells match the cell numbers and order of the plurality of first type cells.

第１の変形例を採用すれば、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かを、より具体的には、第２種のセルが酸素欠乏状態であるか否かを、より正確に判定することができる。 If the first modification is adopted, it is more accurately determined whether or not an oxygen deficient state has occurred in the stack 100, more specifically whether or not the second type cell is in an oxygen deficient state. Can be determined.

Ａ−４−２．第２の変形例：
第１の変形例（図７）では、メモリ４３２には、第１種のセルに関して、セル電圧の低下量の大きさに基づいて決定される順序が記憶されているが、これに代えて、セル電圧の低下量が所定量に達する順序が記憶されるようにしてもよい。また、第１の変形例では、メモリ４３２には、第２種のセルに関して、第３の電圧検出値の大きさに基づいて決定される順序が記憶されているが、これに代えて、第３の電圧検出値が所定値に達する順序が記憶されるようにしてもよい。この場合には、第２の電圧検出値を比較的短い所定期間毎に検出してセル電圧の低下量を所定期間毎に求めると共に、第３の電圧検出値を比較的短い所定期間毎に検出すればよい。 A-4-2. Second modification:
In the first modification (FIG. 7), the memory 432 stores the order determined based on the amount of decrease in cell voltage for the first type of cell. The order in which the cell voltage decrease amount reaches a predetermined amount may be stored. In the first modification, the memory 432 stores an order determined based on the magnitude of the third voltage detection value for the second type cell. The order in which the detected voltage value 3 reaches a predetermined value may be stored. In this case, the second voltage detection value is detected for each relatively short predetermined period to obtain the cell voltage decrease amount for each predetermined period, and the third voltage detection value is detected for each relatively short predetermined period. do it.

第２の変形例を採用しても、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かを、より具体的には、第２種のセルが酸素欠乏状態であるか否かを、より正確に判定することができる。 Even if the second modification is adopted, it is determined whether or not an oxygen-deficient state is generated inside the stack 100, more specifically, whether or not the second type cell is in an oxygen-deficient state. It can be determined accurately.

なお、第１および第２の変形例では、複数の第１種のセルおよび複数の第２種のセルに関して、セル番号を示す符号と順序を示す符号とがメモリ４３２内に記憶されるが、順序を示す符号は省略可能である。この場合には、セル番号を示す符号が該順序通りに並べられてメモリ４３２内に記憶されればよい。 In the first and second modified examples, the codes indicating the cell numbers and the codes indicating the order are stored in the memory 432 for the plurality of first type cells and the plurality of second type cells. The code indicating the order may be omitted. In this case, the codes indicating the cell numbers may be arranged in the order and stored in the memory 432.

一般には、複数のセルを特定する特定情報と、複数のセルの複数のセル電圧に応じて決定された順序を示す順序情報と、が記憶されればよい。 In general, it is only necessary to store specific information for specifying a plurality of cells and order information indicating the order determined according to the plurality of cell voltages of the plurality of cells.

Ｂ．第２実施例：
第２実施例では、第１実施例と同様の燃料電池システム（図１）が用いられる。また、本実施例では、第１実施例と同様に起動処理（図４）が実行される。すなわち、スタック１００の周囲温度が氷点以下である場合には、ステップＳ１１０において、準備処理と、判定処理と、判定結果に応じた処理と、が実行される。ただし、本実施例では、スタック１００内部で水素欠乏状態が発生しているか否かが判定される。 B. Second embodiment:
In the second embodiment, the same fuel cell system (FIG. 1) as in the first embodiment is used. In the present embodiment, the start-up process (FIG. 4) is executed as in the first embodiment. That is, when the ambient temperature of the stack 100 is below the freezing point, in step S110, a preparation process, a determination process, and a process according to the determination result are executed. However, in this embodiment, it is determined whether or not a hydrogen deficient state has occurred inside the stack 100.

図８は、第２実施例におけるステップＳ１１０（図４）の処理の内容を示す説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the contents of the process of step S110 (FIG. 4) in the second embodiment.

Ｂ−１．準備処理：
ステップＳ１２２では、第１実施例と同様に、第１の状態（第１の環境）で各セルのセル電圧（第１の電圧検出値）が検出される。第１の状態では、スタック１００に比較的小さな電力を発生させるのに充分な量の反応ガスがスタック１００に供給される。 B-1. Preparation process:
In step S122, as in the first embodiment, the cell voltage (first voltage detection value) of each cell is detected in the first state (first environment). In the first state, a sufficient amount of reaction gas is supplied to the stack 100 to generate relatively small power in the stack 100.

ステップＳ１２４ｂでは、第１実施例のステップＳ１２４とほぼ同様に、第２の状態（第２の環境）で各セルのセル電圧（第２の電圧検出値）が検出される。第２の状態では、第１の状態よりもスタック１００への燃料ガスの供給量が低減される。具体的には、本実施例では、コントローラ４３０は、燃料ガス供給部２１０を制御して、燃料ガスの供給量を低減させる。 In step S124b, the cell voltage (second voltage detection value) of each cell is detected in the second state (second environment) in substantially the same manner as step S124 in the first embodiment. In the second state, the amount of fuel gas supplied to the stack 100 is reduced compared to the first state. Specifically, in this embodiment, the controller 430 controls the fuel gas supply unit 210 to reduce the amount of fuel gas supplied.

ステップＳ１２６では、第１実施例と同様に、ステップＳ１２２，Ｓ１２４ｂで得られた各セルの２つの電圧検出値を用いて、各セルのセル電圧の低下量（絶対値）が求められる。 In step S126, similarly to the first embodiment, the cell voltage decrease amount (absolute value) of each cell is obtained using the two detected voltage values of each cell obtained in steps S122 and S124b.

ステップＳ１２８では、第１実施例と同様に、セル電圧の低下量が所定量に達したセル（第１種のセル）が特定される。 In step S128, as in the first embodiment, a cell (first type cell) in which the amount of decrease in cell voltage has reached a predetermined amount is specified.

ただし、本実施例では、ステップＳ１２４ｂで燃料ガスの供給量が低減されているため、ステップＳ１２２〜Ｓ１２８の処理により、水素欠乏状態になり易いセル（第１種のセル）が特定される。 However, in this embodiment, since the supply amount of the fuel gas is reduced in step S124b, a cell (first type cell) that is likely to be in a hydrogen deficient state is identified by the processing in steps S122 to S128.

Ｂ−２．判定処理：
ステップＳ１３２では、第１実施例と同様に、第３の状態（第３の環境）で各セルのセル電圧（第３の電圧検出値）が検出される。第３の状態では、スタック１００に比較的大きな電力を発生させるのに充分な量の反応ガスがスタック１００に供給される。 B-2. Determination process:
In step S132, as in the first embodiment, the cell voltage (third voltage detection value) of each cell is detected in the third state (third environment). In the third state, a sufficient amount of reaction gas is supplied to the stack 100 to generate relatively large power in the stack 100.

ステップＳ１３４では、第１実施例と同様に、セル電圧が過度に低い所定値に達したセル（第２種のセル）が特定される。 In step S134, as in the first embodiment, a cell (second type cell) whose cell voltage has reached a predetermined value that is excessively low is specified.

なお、ステップＳ１３２〜Ｓ１３４の処理により、水素欠乏状態となっている可能性のあるセル（第２種のセル）が特定される。 In addition, the cell (2nd type cell) which may be in a hydrogen deficient state is specified by the process of steps S132 to S134.

ステップＳ１３６では、第１実施例と同様に、第１種のセルと第２種のセルとが比較される。 In step S136, the first type cell and the second type cell are compared as in the first embodiment.

第２種のセルのセル番号が第１種のセルのセル番号と一致する場合には、ステップＳ１３８ｂにおいて、第２種のセルは水素欠乏状態であると判定される。このとき、ステップＳ１４２ｂに進む。 If the cell number of the second type cell matches the cell number of the first type cell, it is determined in step S138b that the second type cell is in a hydrogen deficient state. At this time, the process proceeds to step S142b.

一方、第２種のセルのセル番号が第１種のセルのセル番号と一致しない場合には、ステップＳ１３９ｂにおいて、第２種のセルは水素欠乏状態でないと判定される。 On the other hand, if the cell number of the second type cell does not match the cell number of the first type cell, it is determined in step S139b that the second type cell is not in a hydrogen deficient state.

Ｂ−３．判定結果に応じた処理：
ステップＳ１４２ｂでは、コントローラ４３０は、判定結果に応じた所定の処理を実行する。前述したように、セルが水素欠乏状態である場合には、該セルが損傷を受ける虞がある。したがって、本実施例では、コントローラ４３０は、スタック電圧設定部３２０の出力電圧を増大させる。この処理により、第２種のセルが逆電位となるのを防止することができ（図３参照）、この結果、セルの損傷を回避することができる。また、この処理により、スタック内部で凍結した水（氷）の解凍に要する時間が長くなるが、発電を継続することができる。なお、ステップＳ１４２ｂにおいて、コントローラ４３０は、スタック１００の発電を停止させるための処理を実行するようにしてもよい。このようにしても、セルの損傷を回避することができる。 B-3. Processing according to the judgment result:
In step S142b, the controller 430 executes a predetermined process according to the determination result. As described above, when the cell is deficient in hydrogen, the cell may be damaged. Therefore, in this embodiment, the controller 430 increases the output voltage of the stack voltage setting unit 320. By this processing, it is possible to prevent the second type cell from having a reverse potential (see FIG. 3), and as a result, it is possible to avoid damage to the cell. In addition, this process increases the time required for thawing water (ice) frozen inside the stack, but power generation can be continued. In step S142b, the controller 430 may execute a process for stopping the power generation of the stack 100. Even in this case, damage to the cell can be avoided.

なお、ステップＳ１３９ｂにおいて第２種のセルが水素欠乏状態でないと判定された場合には、例えば、スタック１００の発電を停止するための処理が行われてもよいし、第２種のセルのセル電圧が低い他の原因を特定するための処理が行われてもよい。なお、他の原因には、例えば、ドライアップや、前述の酸素欠乏などが挙げられる。 When it is determined in step S139b that the second type cell is not in a hydrogen deficient state, for example, a process for stopping power generation of the stack 100 may be performed, or the cell of the second type cell may be performed. A process for identifying another cause of the low voltage may be performed. Other causes include, for example, dry-up and the aforementioned oxygen deficiency.

以上説明したように、本実施例では、第１実施例と同様に、ステップＳ１２２〜Ｓ１２８の準備処理において、水素欠乏状態になり易い第１種のセルが選択される。また、ステップＳ１３２〜Ｓ１３９ｂの判定処理において、水素欠乏状態となっている可能性のある第２種のセルが選択されて、第１種のセルと第２種のセルとが比較される。このため、スタック１００内部で水素欠乏状態が発生しているか否かを、より具体的には、第２種のセルが水素欠乏状態であるか否かを容易に判定することができる。 As described above, in the present embodiment, as in the first embodiment, the first type cell that is likely to be in a hydrogen-deficient state is selected in the preparation processing in steps S122 to S128. Further, in the determination processing in steps S132 to S139b, the second type cell that may be in a hydrogen deficient state is selected, and the first type cell and the second type cell are compared. For this reason, it is possible to easily determine whether or not a hydrogen deficient state has occurred inside the stack 100, more specifically, whether or not the second type cell is in a hydrogen deficient state.

また、本実施例でも、第１実施例と同様に、準備処理と判定処理とが連続的に行われるため、スタック１００内部で水素欠乏状態が発生しているか否かを正確に判定することができる。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the preparation process and the determination process are continuously performed, so that it is possible to accurately determine whether or not a hydrogen deficient state has occurred in the stack 100. it can.

なお、本実施例においても、第１実施例の変形例と同様に、ステップＳ１２８，Ｓ１３４において、第１種および第２種のセルに関して、特定情報と順序情報とがメモリ４３２に記憶されるようにしてもよい。 Also in this embodiment, as in the modification of the first embodiment, the specific information and the order information are stored in the memory 432 in steps S128 and S134 for the first type and second type cells. It may be.

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 In addition, this invention is not restricted to said Example and embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can be implemented in a various aspect, For example, the following deformation | transformation is also possible.

（１）上記実施例では、スタック１００の出力電圧が目標値で維持されるようにスタック電圧設定部３２０の出力電圧が設定されているが、これに代えて、スタック１００の出力電流が目標値で維持されるようにスタック電圧設定部３２０の出力電圧が調整されてもよい。なお、この場合には、スタック１００から出力される電流をモニタするための電流計が設ければよい。 (1) In the above embodiment, the output voltage of the stack voltage setting unit 320 is set so that the output voltage of the stack 100 is maintained at the target value. Instead, the output current of the stack 100 is set to the target value. The output voltage of the stack voltage setting unit 320 may be adjusted so as to be maintained at In this case, an ammeter for monitoring the current output from the stack 100 may be provided.

（２）上記実施例では、温度検出部４１０は、スタック１００の周囲温度を検出しているが、これに代えて、スタック１００の内部温度を検出するようにしてもよい。このようにしても、スタック１００内部で水が凍結しているか否かを推定することができる。 (2) In the above embodiment, the temperature detection unit 410 detects the ambient temperature of the stack 100. However, instead of this, the internal temperature of the stack 100 may be detected. Even in this case, it can be estimated whether or not the water is frozen inside the stack 100.

一般には、スタックの温度が所定温度以下である場合に、反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かの判定が行われればよい。 Generally, when the stack temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, it may be determined whether or not a reaction gas deficiency state has occurred.

また、上記実施例では、ステップＳ１０２，Ｓ１０４においてスタック１００の温度が氷点以下であるか否かが判断されているが、ステップＳ１０２，Ｓ１０４の処理は省略可能である。すなわち、スタック１００の温度が氷点以上である場合に、反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かの判定が行われてもよい。 In the above embodiment, it is determined whether or not the temperature of the stack 100 is below the freezing point in steps S102 and S104, but the processing in steps S102 and S104 can be omitted. That is, when the temperature of the stack 100 is equal to or higher than the freezing point, it may be determined whether or not a reaction gas deficiency state has occurred.

（３）上記実施例では、複数の第１種のセルと複数の第２種のセルとが選択される場合には、複数の第２種のセルが複数の第１種のセルと一致するか否かを調べることによって、反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かの判定が行われている。しかしながら、これに代えて、複数の第２種のセルのうちの１つが複数の第１種のセルのうちの１つと一致するか否かを調べることによって、反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かの判定が行われてもよい。 (3) In the above embodiment, when a plurality of first type cells and a plurality of second type cells are selected, the plurality of second type cells coincide with the plurality of first type cells. Whether or not a reaction gas deficiency state has occurred is determined. However, instead of this, by examining whether one of the plurality of second type cells matches one of the plurality of first type cells, a reaction gas deficiency state occurs. It may be determined whether or not there is.

（４）上記実施例では、セル電圧検出部４２０は、スタック１００に含まれる各セルのセル電圧を検出しているが、これに代えて、各グループの電圧を検出するようにしてもよい。具体的には、スタック１００に含まれる複数のセルを複数のグループに区分し、各グループに含まれる連続する２以上のセル（例えば１０個のセル）の電圧がグループ毎に検出されればよい。この場合にも、１つのグループに含まれるいずれかのセルにおいて反応ガスの欠乏状態が発生する場合には、該グループの電圧が低下するため、反応ガスの欠乏状態が発生しているか否かの判定を行うことができる。 (4) In the above embodiment, the cell voltage detection unit 420 detects the cell voltage of each cell included in the stack 100. However, instead of this, the voltage of each group may be detected. Specifically, a plurality of cells included in the stack 100 may be divided into a plurality of groups, and the voltages of two or more continuous cells (for example, 10 cells) included in each group may be detected for each group. . Also in this case, when a reaction gas deficiency occurs in any cell included in one group, the voltage of the group decreases, so whether or not a reaction gas deficiency occurs. Judgment can be made.

一般には、燃料電池は、それぞれが少なくとも１つのセルを含む複数のグループに区分されていればよい。そして、グループ毎に電圧が検出されればよい。 In general, the fuel cells need only be divided into a plurality of groups each including at least one cell. And a voltage should just be detected for every group.

（５）第１実施例では、起動処理において、スタック１００内部で酸素欠乏状態が発生しているか否かが判定されており、第２実施例では、起動処理において、スタック１００内部で水素欠乏状態が発生しているか否かが判定されている。しかしながら、これに代えて、起動処理において、酸素欠乏状態が発生しているか否かと、水素欠乏状態が発生しているか否かと、の双方が判定されるようにしてもよい。 (5) In the first embodiment, it is determined whether or not an oxygen deficient state has occurred in the stack 100 in the startup process. In the second embodiment, a hydrogen deficient state in the stack 100 in the startup process Whether or not has occurred is determined. However, instead of this, in the start-up process, it may be determined whether or not an oxygen-deficient state has occurred and whether or not a hydrogen-deficient state has occurred.

この場合には、例えば、図５の第１の準備処理（ステップＳ１２２〜Ｓ１２８）の後に、図８の第２の準備処理（ステップＳ１２２〜Ｓ１２８）が実行されればよい。そして、ステップＳ１３６の比較処理において、ステップＳ１３４で特定されたセルと、第１の準備処理で特定された酸素欠乏状態になり易いセルと、が比較されると共に、ステップＳ１３４で特定されたセルと、第２の準備処理で特定された水素欠乏状態になり易いセルと、が比較されればよい。 In this case, for example, the second preparation process (steps S122 to S128) in FIG. 8 may be executed after the first preparation process (steps S122 to S128) in FIG. Then, in the comparison process of step S136, the cell specified in step S134 is compared with the cell specified in the first preparation process that is likely to be in an oxygen deficient state, and the cell specified in step S134 A cell that is likely to be in a hydrogen deficient state specified in the second preparation process may be compared.

（６）上記実施例では、固体高分子型の燃料電池が利用されているが、他のタイプの燃料電池が利用されてもよい。また、上記実施例では、図２に示す構造を有する燃料電池が利用されているが、他の種々の構造を有する燃料電池が利用されてもよい。 (6) In the above embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used, but other types of fuel cells may be used. Moreover, in the said Example, although the fuel cell which has a structure shown in FIG. 2 is utilized, the fuel cell which has another various structure may be utilized.

燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of a fuel cell system. 図１の燃料電池スタック１００の内部構造を模式的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view schematically showing an internal structure of the fuel cell stack 100 of FIG. 1. 燃料電池スタックに含まれるセルの電流−電圧特性を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the electric current-voltage characteristic of the cell contained in a fuel cell stack. 燃料電池システムの起動処理の内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the content of the starting process of a fuel cell system. 第１実施例におけるステップＳ１１０（図４）の処理の内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the content of the process of step S110 (FIG. 4) in 1st Example. 複数のセルに対応する複数のセル電圧の変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of several cell voltage corresponding to several cells. 第１実施例の第１の変形例においてメモリ４３２に記憶される情報を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the information memorize | stored in the memory 432 in the 1st modification of 1st Example. 第２実施例におけるステップＳ１１０（図４）の処理の内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the content of the process of step S110 (FIG. 4) in 2nd Example.

Explanation of symbols

１００…燃料電池スタック
１１０…発電ユニット
１１２…電解質膜
１１４ａ…電極触媒層（アノード）
１１４ｃ…電極触媒層（カソード）
１１６ａ，１１６ｃ…ガス拡散層
１２０…セパレータ
１２１…アノード側ガス通路
１２２…カソード側ガス通路
２１０…燃料ガス供給部
２２０…酸化ガス供給部
３１０…負荷装置
３２０…スタック電圧設定部
４１０…温度検出部
４２０…セル電圧検出部
４３０…コントローラ
４３２…メモリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell stack 110 ... Power generation unit 112 ... Electrolyte membrane 114a ... Electrode catalyst layer (anode)
114c ... Electrocatalyst layer (cathode)
116a, 116c ... Gas diffusion layer 120 ... Separator 121 ... Anode side gas passage 122 ... Cathode side gas passage 210 ... Fuel gas supply unit 220 ... Oxidation gas supply unit 310 ... Load device 320 ... Stack voltage setting unit 410 ... Temperature detection unit 420 ... cell voltage detector 430 ... controller 432 ... memory

Claims

A determination method for determining whether or not a reaction gas deficiency occurs in a fuel cell,
The fuel cell includes a plurality of cells,
The plurality of cells are divided into a plurality of groups each including at least one cell;
The determination method is:
(A) Before starting the fuel cell,
(A1) The state of the fuel cell is changed from the first state in which a sufficient amount of reaction gas is supplied to the fuel cell to generate the first electric power in the fuel cell. Changing to a second state in which the amount of reaction gas supplied to the fuel cell is reduced;
(A2) selecting from the plurality of groups a first type group in which the amount of voltage decrease when changing from the first state to the second state is a predetermined amount or more;
Including
(B) At startup of the fuel cell,
(B1) The state of the fuel cell is changed to a third state in which a sufficient amount of reaction gas is supplied to the fuel cell to cause the fuel cell to generate a second power larger than the first power. A setting process;
(B2) selecting a second type group in which the voltage value in the third state is a predetermined value or less from the plurality of groups;
(B3) determining whether or not a reaction gas deficiency occurs in the fuel cell by comparing the first type group and the second type group;
A determination method comprising:

The determination method according to claim 1,
The determination method, wherein the first power is a power that prevents the cells included in the first type group from having a reverse voltage in the second state.

The determination method according to claim 1 or 2, wherein
The step (a2)
When a plurality of the first type groups are selected, the order is determined according to the first specifying information for specifying the plurality of first type groups and the voltages of the plurality of first type groups. And storing first order information indicating:
The step (b2)
When a plurality of the second type groups are selected, the order is determined according to the second specifying information for specifying the plurality of second type groups and the voltages of the plurality of second type groups. And storing second order information indicating:
The step (b3)
A determination method including a step of comparing the first specific information and the first order information with the second specific information and the second order information.

The determination method according to claim 3, wherein
The order of the plurality of first type groups is determined based on a magnitude of the voltage decrease amount,
The determination method, wherein the order of the plurality of second type groups is determined based on a magnitude of the voltage value.

The determination method according to claim 1, further comprising:
(C) A determination method including a step of executing a predetermined process based on the determination result of the step (b3).

The determination method according to claim 5,
The reaction gas is a fuel gas,
The determination method includes a process of increasing an output voltage of the fuel cell.

The determination method according to claim 5,
The reaction gas is an oxidizing gas,
The determination method includes a process of causing the fuel cell to continuously generate the second power.

The determination method according to any one of claims 1 to 7,
The determination method, wherein the step (a) and the step (b) are performed when the temperature of the fuel cell is equal to or lower than a predetermined temperature.

A fuel cell system,
A fuel cell including a plurality of cells, wherein the plurality of cells are divided into a plurality of groups each including at least one cell;
A voltage detection unit for detecting a plurality of voltages of the plurality of groups;
Using the detection result of the voltage detection unit, a processing execution unit for determining whether or not a reaction gas deficiency state occurs in the fuel cell;
With
The process execution unit
(A) Before starting the fuel cell,
(A1) The state of the fuel cell is changed from the first state in which a sufficient amount of reaction gas is supplied to the fuel cell to generate the first electric power in the fuel cell. A process of changing to a second state in which the amount of reaction gas supplied to the fuel cell is reduced;
(A2) a process of selecting a first type group in which the amount of voltage decrease when changing from the first state to the second state is a predetermined amount or more from the plurality of groups;
Run
(B) At startup of the fuel cell,
(B1) The state of the fuel cell is changed to a third state in which a sufficient amount of reaction gas is supplied to the fuel cell to cause the fuel cell to generate a second power larger than the first power. Process to set,
(B2) a process of selecting a second type group in which the voltage value in the third state is a predetermined value or less from the plurality of groups;
(B3) a process of determining whether or not a reaction gas deficiency occurs in the fuel cell by comparing the first type group and the second type group;
The fuel cell system characterized by performing.