JP2009301771A

JP2009301771A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2009301771A
Application number: JP2008152567A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Nagoshi; 健太郎名越; Koichiro Furusawa; 宏一朗古澤; Yosuke Fujii; 洋介藤井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP5319171B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system for controlling variation of gas replacement at system startup. SOLUTION: In a fuel cell stack 10 where single cells are laminated and hydrogen is supplied from one side in a lamination direction, a density of hydrogen is estimated at startup of the system based on power generation stopping time, distribution of cell voltages, or the like. When and if the estimated hydrogen density is lower than a prescribed value, a pressure of hydrogen to be supplied to the fuel cell stack 10 (OCV pressure) is lowered. Also, the hydrogen supply pressure is set not to go under the lowest limit which does not cause blocking by flooding in an anode. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、単セルが積層された燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack in which single cells are stacked.

車両などに搭載される燃料電池システムは、例えば、電解質膜、アノード、カソード、セパレータからなる単セルを複数積層した燃料電池スタックを有している。この種の燃料電池スタックでは、多数の単セルが積層されて構成されているため、各単セルに均一にガスを導入することが重要となっている。 A fuel cell system mounted on a vehicle or the like has, for example, a fuel cell stack in which a plurality of single cells including an electrolyte membrane, an anode, a cathode, and a separator are stacked. In this type of fuel cell stack, since a large number of single cells are stacked, it is important to introduce gas uniformly into each single cell.

例えば、特許文献１では、燃料電池スタックのガス導入口に整流作用を発揮させるためのガス均一化部を設けて、各単セルにガスを導入する技術が提案されている。また、特許文献２では、燃料電池スタックのガス導入口の圧力を検出して、ガス置換バルブの開度を調整して圧力が一定になるようにガス置換を行う技術が提案されている。
特開２００６−１４７４５６号公報（段落００１７、図１）特開２００３−３３１８８８号公報（段落００１６、図１） For example, Patent Document 1 proposes a technique in which a gas homogenizer for providing a rectifying action is provided at a gas inlet of a fuel cell stack and gas is introduced into each single cell. Patent Document 2 proposes a technique for detecting gas pressure at the gas inlet of the fuel cell stack and adjusting the opening of the gas replacement valve to perform gas replacement so that the pressure becomes constant.
JP 2006-147456 A (paragraph 0017, FIG. 1) JP 2003-331888 A (paragraph 0016, FIG. 1)

しかしながら、単セルの積層方向の一方に設けられたガス導入口から各単セルにガスが導入される燃料電池スタックでは、燃料電池システムの停止時間が長いほどクロスリーク等によりアノード側の水素の濃度が低下する。このため、燃料電池システムの発電停止時間が長く、アノード側の水素濃度が低い場合、起動時間を早めるために大流量の水素を高圧にて導入すると、単セルの積層方向においてガス置換の状態にバラツキが生じ、特にガス導入口側の単セルにおいてガス置換不足が発生するという課題が新たに発生した。 However, in a fuel cell stack in which gas is introduced into each single cell from a gas inlet provided in one of the single cell stacking directions, the longer the stop time of the fuel cell system, the more the concentration of hydrogen on the anode side due to cross-leakage or the like Decreases. For this reason, when the power generation stoppage time of the fuel cell system is long and the hydrogen concentration on the anode side is low, if a large flow rate of hydrogen is introduced at a high pressure in order to accelerate the start-up time, the state of gas replacement in the stacking direction of the single cells will occur. Variations have arisen, and a new problem has arisen in that insufficient gas replacement occurs particularly in a single cell on the gas inlet side.

また、燃料電池スタックから排出された未反応の水素を再利用するためのアノード循環経路を設けて、エゼクタにより水素オフガスを循環させる場合には、エゼクタの設定やガス導入口との距離によっては、ガス導入口側のガスの流速が早くなり過ぎて、積層方向で水素置換の状態にバラツキが生じる。 Also, when an anode circulation path for reusing unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack is provided and hydrogen off-gas is circulated by the ejector, depending on the setting of the ejector and the distance to the gas inlet, The flow rate of the gas on the gas inlet side becomes too fast, and the hydrogen substitution state varies in the stacking direction.

本発明は、前記課題を解決するものであり、燃料電池システムの起動時におけるガス置換のバラツキを抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress variations in gas replacement at the time of startup of the fuel cell system.

本発明は、アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記燃料電池セルの積層方向の一方から前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池システムの起動時に、前記アノード内に滞留している滞留ガスを、前記燃料ガス供給手段を用いて前記燃料ガスに置換する置換手段と、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの圧力を調整する調圧手段と、を有する燃料電池システムにおいて、前記アノード内の燃料ガス濃度を取得する燃料ガス濃度取得手段を備え、前記燃料ガス濃度取得手段により取得された燃料ガス濃度に基づいて、前記燃料電池システムの起動時に前記調圧手段により調整される前記燃料ガスの圧力を低下させることを特徴とする。 The present invention provides a fuel cell stack formed by stacking fuel cells that generate power by supplying fuel gas to the anode and oxidant gas to the cathode, and from one of the stacking directions of the fuel cells to the fuel cell stack. A fuel gas supply means for supplying the fuel gas; a replacement means for replacing the retained gas staying in the anode with the fuel gas using the fuel gas supply means when the fuel cell system is activated; and And a pressure adjusting means for adjusting the pressure of the fuel gas from the fuel gas supply means, comprising a fuel gas concentration acquisition means for acquiring the fuel gas concentration in the anode, and the fuel gas concentration acquisition means And reducing the pressure of the fuel gas adjusted by the pressure adjusting means when the fuel cell system is started based on the fuel gas concentration obtained by It is characterized in.

これによれば、取得された燃料ガス濃度が低い場合には、調圧手段により調整される燃料ガスの圧力を低下させることにより、各燃料電池セルにおける燃料ガス置換のバラツキ、特に燃料電池スタックの燃料ガス導入口付近における燃料電池セルの燃料ガス置換のバラツキによるセル電圧の低下を緩和することができる。 According to this, when the acquired fuel gas concentration is low, the pressure of the fuel gas adjusted by the pressure adjusting means is reduced, so that the variation of the fuel gas replacement in each fuel cell, particularly the fuel cell stack, is reduced. It is possible to mitigate a decrease in cell voltage due to variations in fuel gas replacement of fuel cells near the fuel gas inlet.

また、前記調圧手段により調整される前記燃料ガスの圧力は、前記燃料電池セルの前記アノードからの排水を促す最低必要圧力を下限値とすることを特徴とする。これによれば、燃料電池セル内がフラッディングによる閉塞を引き起こすのを防止できる。 In addition, the pressure of the fuel gas adjusted by the pressure adjusting means has a minimum required pressure that promotes drainage from the anode of the fuel cell as a lower limit value. According to this, it is possible to prevent the fuel cell from being blocked by flooding.

本発明によれば、システム起動時におけるガス置換のバラツキを抑制することができる燃料電池システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can suppress the variation of the gas replacement at the time of system starting can be provided.

図１は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図２は燃料電池スタックを構成する単セルを示す分解斜視図、図３は本実施形態の燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャート、図４は発電停止時間とセル内水素濃度との関係を示すマップ、図５はＯＣＶ圧力および導入水素流量の変化を示すグラフ、図６はＯＣＶ時のガス流速とＯＣＶ圧力との関係、および燃料電池スタックの差圧とＯＣＶ圧力との関係を示すマップ、図７は排水要求差圧の設定方法を示すマップ、図８は発電停止時間に対するＯＣＶ圧力の設定方法の一例を示すマップである。なお、本実施形態では、燃料電池自動車を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、二輪車などの車両、船舶や航空機、家庭用や業務用などの定置式のものなどあらゆるものに適用できる。 FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell system of the present embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view showing a single cell constituting a fuel cell stack, and FIG. 3 shows an operation at the time of startup of the fuel cell system of the present embodiment. 4 is a map showing the relationship between the power generation stop time and the hydrogen concentration in the cell, FIG. 5 is a graph showing changes in the OCV pressure and the flow rate of introduced hydrogen, and FIG. 6 is a relationship between the gas flow rate and the OCV pressure during OCV. 7 is a map showing the relationship between the differential pressure of the fuel cell stack and the OCV pressure, FIG. 7 is a map showing the method for setting the required drainage differential pressure, and FIG. 8 is a map showing an example of the method for setting the OCV pressure relative to the power generation stop time. . In the present embodiment, a fuel cell vehicle will be described as an example. However, the present invention is not limited to this example, and is not limited to a vehicle such as a motorcycle, a ship, an aircraft, a stationary type such as a home or business use. Applicable to things.

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０、アノード系２０、カソード系３０、制御系４０などを含んで構成されている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 of this embodiment includes a fuel cell stack 10, an anode system 20, a cathode system 30, a control system 40, and the like.

アノード系２０は、高圧水素タンク２１、遮断弁２２、減圧弁２３、循環経路２４、エゼクタ２５、パージ弁２６などを含んで構成されている。 The anode system 20 includes a high-pressure hydrogen tank 21, a shutoff valve 22, a pressure reducing valve 23, a circulation path 24, an ejector 25, a purge valve 26, and the like.

高圧水素タンク２１は、高純度の水素（燃料ガス）を高圧で充填したものである。遮断弁２２は、電磁作動式のＯＮ／ＯＦＦ弁であり、後記するＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１によって開閉制御される。減圧弁２３は、遮断弁２２の下流に設けられ、カソード圧力が信号圧として入力されて、カソード圧力に応じてアノード圧力が制御される構成のものである。循環経路２４は、燃料電池スタック１０のアノード１２（図２参照）側の出口１０ｂから排出された未反応の水素をアノード１２側の入口１０ａに戻す流路である。エゼクタ２５は、減圧弁２３と入口１０ａとの間に設けられるとともに循環経路２４の一端と接続され、高圧水素タンク２１から供給される水素をノズル（図示せず）から噴射させることによって負圧を発生させ、循環経路２４の水素を吸引して水素を循環させる機能を有する。パージ弁２６は、電磁作動式のＯＮ／ＯＦＦ弁であり、燃料電池スタック１０の出口側に設けられ、ＥＣＵ４１によって開閉制御される。なお、パージ弁２６は適宜開弁されて、アノード１２を含む循環経路２４に滞留した窒素や水などの不純物を排出して、発電性能が損なわれるのを防止するように構成されている。 The high-pressure hydrogen tank 21 is filled with high-purity hydrogen (fuel gas) at a high pressure. The shutoff valve 22 is an electromagnetically actuated ON / OFF valve, and is controlled to be opened and closed by an ECU (Electronic Control Unit) 41 described later. The pressure reducing valve 23 is provided downstream of the shutoff valve 22 and has a configuration in which the cathode pressure is input as a signal pressure and the anode pressure is controlled according to the cathode pressure. The circulation path 24 is a flow path for returning unreacted hydrogen discharged from the outlet 10b on the anode 12 (see FIG. 2) side of the fuel cell stack 10 to the inlet 10a on the anode 12 side. The ejector 25 is provided between the pressure reducing valve 23 and the inlet 10a and is connected to one end of the circulation path 24. The ejector 25 injects hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 21 from a nozzle (not shown), thereby reducing the negative pressure. And has a function of sucking the hydrogen in the circulation path 24 and circulating the hydrogen. The purge valve 26 is an electromagnetically operated ON / OFF valve, is provided on the outlet side of the fuel cell stack 10, and is controlled to be opened and closed by the ECU 41. The purge valve 26 is appropriately opened to discharge impurities such as nitrogen and water accumulated in the circulation path 24 including the anode 12 to prevent the power generation performance from being impaired.

カソード系３０は、エアコンプレッサ３１、加湿器３２、背圧弁３３などを含んで構成されている。 The cathode system 30 includes an air compressor 31, a humidifier 32, a back pressure valve 33, and the like.

エアコンプレッサ３１は、例えばモータで駆動される機械式の過給器であり、外気を取り込んで圧縮して燃料電池スタック１０のカソード１３（図２参照）側の入口１０ｃに供給する。加湿器３２は、エアコンプレッサ３１で圧縮された空気を加湿する機能を有し、燃料電池スタック１０のカソード１３の出口１０ｄから排出されたカソードオフガスに含まれる水分で、エアコンプレッサ３１からの圧縮した空気を加湿する。背圧弁３３は、バタフライ弁などの開度調節が可能な弁で構成され、燃料電池スタック１０の出口側に設けられ、カソード１３側の圧力（カソード圧力）を調節する機能を有する。エアコンプレッサ３１は、ＥＣＵ４１によってモータの回転速度が適宜制御され、背圧弁３３は、ＥＣＵ４１によって開度が制御される。 The air compressor 31 is, for example, a mechanical supercharger driven by a motor. The air compressor 31 takes in external air, compresses it, and supplies it to the inlet 10c on the cathode 13 (see FIG. 2) side of the fuel cell stack 10. The humidifier 32 has a function of humidifying the air compressed by the air compressor 31, and is compressed from the air compressor 31 with moisture contained in the cathode offgas discharged from the outlet 10 d of the cathode 13 of the fuel cell stack 10. Humidify the air. The back pressure valve 33 is configured by a valve such as a butterfly valve capable of adjusting the opening, and is provided on the outlet side of the fuel cell stack 10 and has a function of adjusting the pressure on the cathode 13 side (cathode pressure). In the air compressor 31, the rotational speed of the motor is appropriately controlled by the ECU 41, and the opening degree of the back pressure valve 33 is controlled by the ECU 41.

なお、エアコンプレッサ３１と加湿器３２との間の配管ｃ１には、オリフィス３５ａを備えた信号圧配管３５が接続され、減圧弁２３に信号圧を入力する構成となっている。なお、オリフィス３５ａは、信号圧がカソード１３側の圧力によって大きく変動しないようにするためのものである。また、信号圧配管３５には、開弁することにより信号圧を低下させる排出弁３６が設けられている。 Note that a signal pressure pipe 35 having an orifice 35 a is connected to the pipe c 1 between the air compressor 31 and the humidifier 32, and a signal pressure is input to the pressure reducing valve 23. The orifice 35a is for preventing the signal pressure from fluctuating greatly due to the pressure on the cathode 13 side. Further, the signal pressure pipe 35 is provided with a discharge valve 36 for reducing the signal pressure by opening the valve.

また、パージ弁２６および背圧弁３３の下流には、希釈器３４が設けられ、パージ弁２６の開弁時に排出された水素オフガスを、背圧弁３３を介して排出されたカソードオフガスによって所定水素濃度以下に希釈して外部（車外）に排出するように構成されている。 Further, a diluter 34 is provided downstream of the purge valve 26 and the back pressure valve 33, and the hydrogen off gas discharged when the purge valve 26 is opened is converted into a predetermined hydrogen concentration by the cathode off gas discharged through the back pressure valve 33. It is configured to be diluted below and discharged to the outside (outside the vehicle).

また、燃料電池スタック１０は、図示しないコンタクタを介して外部負荷５０と接続されている。外部負荷とは、走行モータ（図示せず）、エアコンプレッサ３１や高圧バッテリ（図示せず）や冷媒循環用ポンプ（図示せず）などの高圧系の補機である。 The fuel cell stack 10 is connected to the external load 50 via a contactor (not shown). The external load is a high-pressure auxiliary machine such as a travel motor (not shown), an air compressor 31, a high-pressure battery (not shown), or a refrigerant circulation pump (not shown).

図２に示すように、前記燃料電池スタック１０を構成する単セルＳ（Single Cell、燃料電池セル）は、固体高分子電解質膜１１を、触媒を含むアノード（水素極）１２と触媒を含むカソード（空気極）１３とで挟んで構成したＭＥＡ（膜電極接合体；Membrane Electrode Assembly）と、このＭＥＡを挟む一対の導電性のセパレータ１４，１５とで構成されている。この単セルＳが厚み方向に複数積層され、各単セルＳが電気的に直列に接続されることにより、燃料電池スタック１０が構成されている。 As shown in FIG. 2, a single cell S (single cell) constituting the fuel cell stack 10 includes a solid polymer electrolyte membrane 11, an anode (hydrogen electrode) 12 containing a catalyst, and a cathode containing a catalyst. (MEA) (Membrane Electrode Assembly) sandwiched between (air electrode) 13 and a pair of conductive separators 14 and 15 sandwiching this MEA. A plurality of the single cells S are stacked in the thickness direction, and the single cells S are electrically connected in series, whereby the fuel cell stack 10 is configured.

アノード１２に対向するセパレータ１４には、水素（燃料ガス）が流通するアノード流路１４ａが形成され、アノード流路１４ａが、水素の入口側となる連通孔１４ａ１、出口側となる連通孔１４ａ２と連通している。また、セパレータ１４には、空気（酸化剤ガス）が貫通して流れる連通孔１４ｃ１，１４ｃ２が形成されている。カソード１３に対向するセパレータ１５には、空気（酸素）が流通するカソード流路１５ｃが形成され、カソード流路１５ｃが、空気の入口側となる連通孔１５ｃ１、出口側となる連通孔１５ｃ２と連通している。また、セパレータ１５には、水素が貫通して流れる連通孔１５ａ１，１５ａ２が形成されている。 The separator 14 facing the anode 12 is formed with an anode flow path 14a through which hydrogen (fuel gas) flows. The anode flow path 14a includes a communication hole 14a1 serving as a hydrogen inlet side and a communication hole 14a2 serving as an outlet side. Communicate. The separator 14 is formed with communication holes 14c1 and 14c2 through which air (oxidant gas) flows. A cathode flow path 15c through which air (oxygen) flows is formed in the separator 15 facing the cathode 13, and the cathode flow path 15c communicates with a communication hole 15c1 on the air inlet side and a communication hole 15c2 on the outlet side. is doing. The separator 15 has communication holes 15a1 and 15a2 through which hydrogen flows.

また、固体高分子電解質膜１１の周縁部には、連通孔１４ａ１，１５ａ１と対応する位置に連通孔１１ａ１、連通孔１４ａ２，１５ａ２と対応する位置に連通孔１１ａ２が形成され、連通孔１４ｃ１，１５ｃ１と対応する位置に連通孔１１ｃ１、連通孔１４ｃ２，１５ｃ２に対応する位置に連通孔１１ｃ２が形成されている。また、固体高分子電解質膜１１およびセパレータ１４，１５には、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒が流通する冷媒流路１１ｗ１，１４ｗ１，１５ｗ１が形成されている。 Further, in the peripheral portion of the solid polymer electrolyte membrane 11, a communication hole 11a1 is formed at a position corresponding to the communication holes 14a1 and 15a1, and a communication hole 11a2 is formed at a position corresponding to the communication holes 14a2 and 15a2, and the communication holes 14c1 and 15c1. A communication hole 11c2 is formed at a position corresponding to the communication hole 11c1, and a communication hole 11c2 is formed at a position corresponding to the communication holes 14c2 and 15c2. The solid polymer electrolyte membrane 11 and the separators 14 and 15 are formed with refrigerant channels 11w1, 14w1, and 15w1 through which a refrigerant that cools the fuel cell stack 10 flows.

なお、図示していないが、本実施形態では、複数の単セルＳからなる積層体が、積層方向の両端部に設けられた一対のエンドプレート（図示せず）によって押圧された状態で燃料電池スタック１０が構成されている。また、一方のエンドプレートには、各連通孔１１ａ１，１４ａ１，１５ａ１、１１ａ２，１４ａ２，１５ａ２、１１ｃ１，１４ｃ１，１５ｃ１、１１ｃ２，１４ｃ２，１５ｃ２と対応する位置に、貫通孔が形成されて、燃料電池スタック１０のアノード１２側の入口１０ａ、出口１０ｂ、カソード１３側の入口１０ｃ、出口１０ｄが形成されている。 Although not shown, in the present embodiment, the fuel cell is in a state where a stacked body composed of a plurality of single cells S is pressed by a pair of end plates (not shown) provided at both ends in the stacking direction. A stack 10 is configured. One end plate is provided with through holes at positions corresponding to the respective communication holes 11a1, 14a1, 15a1, 11a2, 14a2, 15a2, 11c1, 14c1, 15c1, 11c2, 14c2, 15c2, and the fuel cell. An inlet 10a and an outlet 10b on the anode 12 side of the stack 10 and an inlet 10c and an outlet 10d on the cathode 13 side are formed.

制御系４０は、ＥＣＵ４１、セル電圧器４２、電圧計４３などを含んで構成されている。 The control system 40 includes an ECU 41, a cell voltage device 42, a voltmeter 43, and the like.

ＥＣＵ４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムなどを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、各種電気電子部品、インターフェース回路などで構成され、水素濃度取得手段（燃料ガス濃度取得手段）を備えている。水素濃度取得手段は、燃料電池システム１の起動時におけるアノード１２側の水素濃度を推定する機能を有する。 The ECU 41 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) storing a program, various electric and electronic components, an interface circuit, and the like, and a hydrogen concentration acquisition means (fuel gas concentration acquisition) Means). The hydrogen concentration acquisition means has a function of estimating the hydrogen concentration on the anode 12 side when the fuel cell system 1 is started.

セル電圧検出器４２は、燃料電池スタック１０の各単セルＳのセル電圧（セルＶ）を検出する機能を有する。なお、セル電圧の検出は、すべての単セルＳのセル電圧を個別に検出してもよく、複数の単セルＳを１組として検出するようにしてもよい。 The cell voltage detector 42 has a function of detecting the cell voltage (cell V) of each single cell S of the fuel cell stack 10. The cell voltage may be detected by detecting the cell voltages of all the single cells S individually or by detecting a plurality of single cells S as one set.

電圧計４３は、燃料電池スタック１０から外部負荷５０に出力される電圧（総電圧：セル電圧を足し合わせたトータルの電圧）を検出する機能を有する。 The voltmeter 43 has a function of detecting a voltage (total voltage: a total voltage obtained by adding the cell voltages) output from the fuel cell stack 10 to the external load 50.

次に、本実施形態の燃料電池システムの動作について図３ないし図８を参照して説明する。なお、燃料電池システム１の運転停止時（ＩＧ−ＯＦＦ）においては、エアコンプレッサ３１が停止して、燃料電池スタック１０のカソード１３への空気の供給が停止され、背圧弁３３が全開で、排出弁３６が閉じている。また、ＩＧ−ＯＦＦでは、パージ弁２６が閉じられた状態において、遮断弁２２が閉じられて、燃料電池スタック１０のアノード１２への水素の供給が停止されている。また、図示しないコンタクタがＯＦＦにされて燃料電池スタック１０と外部負荷５０との接続が遮断されている。 Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described with reference to FIGS. When the operation of the fuel cell system 1 is stopped (IG-OFF), the air compressor 31 is stopped, the supply of air to the cathode 13 of the fuel cell stack 10 is stopped, and the back pressure valve 33 is fully opened and discharged. The valve 36 is closed. In IG-OFF, the shutoff valve 22 is closed while the purge valve 26 is closed, and the supply of hydrogen to the anode 12 of the fuel cell stack 10 is stopped. Further, the contactor (not shown) is turned off, and the connection between the fuel cell stack 10 and the external load 50 is cut off.

まず、運転者によってイグニッションスイッチがオン（ＩＧ−ＯＮ）されると、燃料電池スタック１０と外部負荷５０とを接続する前に、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）チェックが行われる。なお、ＯＣＶとは、燃料電池スタック１０から外部負荷５０に電流を取り出していないときの（負荷を引いていないときの）燃料電池スタック１０の電池電圧であり、ＯＣＶチェックとは、ＯＣＶを所定値（所定電圧）まで上げる処理をいう。所定値とは、燃料電池スタック１０と外部負荷５０とを接続したとしても、発電性能が損なわれない（セルの劣化等が生じない）程度の電圧である。 First, when the ignition switch is turned on (IG-ON) by the driver, an OCV (Open Circuit Voltage) check is performed before the fuel cell stack 10 and the external load 50 are connected. The OCV is the cell voltage of the fuel cell stack 10 when no current is taken out from the fuel cell stack 10 to the external load 50 (when the load is not pulled), and the OCV check is a value of OCV as a predetermined value. This is a process of increasing the voltage to (predetermined voltage). The predetermined value is a voltage at which the power generation performance is not impaired (cell deterioration or the like does not occur) even when the fuel cell stack 10 and the external load 50 are connected.

ステップＳ１において、ＥＣＵ４１は、ＩＧ−ＯＮ信号を取得すると、ステップＳ２（燃料ガス濃度取得手段）において、燃料電池スタック１０のアノード１２に残留している滞留ガスの水素濃度を推定する。このときの水素濃度の取得手段としては、図４に示すマップに基づいて推定することができる。図４は、発電停止時間と単セルＳ内の水素濃度との関係を示すマップであり、発電停止時間が長くなるにしたがって、水素濃度が低下するようになっている。なお、発電停止時間とは、ＩＧ−ＯＦＦからＩＧ−ＯＮまでの時間である。なお、発電停止時間が長くなるにつれて水素濃度が低下するのは、例えば、ＩＧ−ＯＦＦ時にアノード１２に残留していた水素が、固体高分子電解質膜１１を介してカソード１３に透過して拡散（いわゆる、クロスリーク）するからであり、またアノード１２に残留する水素とカソード１３に残留する空気（酸素）との間で反応が行われるからである。したがって、発電停止時間を測定することにより、アノードに残留している水素濃度を推定することができる。なお、発電停止時間は、例えばＥＣＵ４１に内蔵されたクロック機能を利用して測定することができる。 In step S1, when the ECU 41 acquires the IG-ON signal, in step S2 (fuel gas concentration acquisition means), the ECU 41 estimates the hydrogen concentration of the staying gas remaining in the anode 12 of the fuel cell stack 10. As means for acquiring the hydrogen concentration at this time, it can be estimated based on the map shown in FIG. FIG. 4 is a map showing the relationship between the power generation stop time and the hydrogen concentration in the single cell S. The hydrogen concentration decreases as the power generation stop time becomes longer. The power generation stop time is the time from IG-OFF to IG-ON. The hydrogen concentration decreases as the power generation stop time increases. For example, hydrogen remaining in the anode 12 at the time of IG-OFF permeates to the cathode 13 through the solid polymer electrolyte membrane 11 and diffuses ( This is because a so-called cross leak occurs, and a reaction is performed between hydrogen remaining on the anode 12 and air (oxygen) remaining on the cathode 13. Therefore, the hydrogen concentration remaining in the anode can be estimated by measuring the power generation stop time. The power generation stop time can be measured using, for example, a clock function built in the ECU 41.

なお、水素濃度は、発電停止時間のみで判断するものに限定されず、発電停止時の温度、発電停止（ＩＧ−ＯＦＦ）前の発電条件、カソード１３からの空気の流入によっても変化するので、これらを加味して水素濃度を推定（補正）するようにしてもよい。ちなみに、発電停止時の温度については、発電停止時の温度が低い場合には水素と酸素との反応性が低下するので、温度が低くなるにつれて水素濃度の低下速度は遅くなる。また、発電停止前の発電条件については、燃料電池スタック１０に水素が多く供給されるような状態でＩＧ−ＯＦＦされた場合には、水素濃度が高いと判断できる。空気の流入については、発電停止時には、例えば、燃料電池スタック１０のカソード１３側が大気に開放され、カソード１３の空気が固体高分子電解質膜１１を介してアノード１２に透過するので、カソード１３からアノード１２への空気の流入量が多い場合には、水素濃度の低下速度は速くなる。 The hydrogen concentration is not limited to that determined only by the power generation stop time, but also changes depending on the temperature at the time of power generation stop, the power generation conditions before power generation stop (IG-OFF), and the inflow of air from the cathode 13. In consideration of these, the hydrogen concentration may be estimated (corrected). Incidentally, as for the temperature when power generation is stopped, the reactivity between hydrogen and oxygen decreases when the temperature when power generation is stopped is low, so the rate of decrease in hydrogen concentration decreases as the temperature decreases. Further, regarding the power generation condition before the power generation is stopped, it can be determined that the hydrogen concentration is high when the fuel cell stack 10 is IG-OFF in a state where a large amount of hydrogen is supplied. Regarding the inflow of air, for example, when the power generation is stopped, the cathode 13 side of the fuel cell stack 10 is opened to the atmosphere, and the air in the cathode 13 is transmitted to the anode 12 through the solid polymer electrolyte membrane 11. When the amount of air flowing into 12 is large, the rate of decrease in the hydrogen concentration increases.

ちなみに、燃料電池スタック１０の総電圧を電圧計４３により検出して水素濃度を推定する場合、発電停止時間が短時間のときの総電圧と、発電停止時間が長時間のときの総電圧とが、同じなる場合がある。したがって、前記した発電停止時間に加えて、燃料電池スタック１０の総電圧も考慮して水素濃度を推定することにより、より確実に水素濃度を推定することができる。つまり、発電停止時間が短く、かつ、総電圧が所定値である場合には、水素濃度は高いと判断でき、また発電停止時間が長く、かつ、総電圧が同じ所定値である場合には、水素濃度は低いと判断できる。 By the way, when the total voltage of the fuel cell stack 10 is detected by the voltmeter 43 and the hydrogen concentration is estimated, the total voltage when the power generation stop time is short and the total voltage when the power generation stop time is long are , May be the same. Therefore, by estimating the hydrogen concentration in consideration of the total voltage of the fuel cell stack 10 in addition to the power generation stop time described above, the hydrogen concentration can be estimated more reliably. That is, when the power generation stop time is short and the total voltage is a predetermined value, it can be determined that the hydrogen concentration is high, and when the power generation stop time is long and the total voltage is the same predetermined value, It can be judged that the hydrogen concentration is low.

このようにして水素濃度が推定されると、ステップＳ３では、推定された水素濃度に応じて水素供給圧を設定する。水素供給圧（ＯＣＶ圧力）とは、ＯＣＶチェック時に燃料電池スタック１０のアノード１２の入口１０ａに供給する際の圧力である。 When the hydrogen concentration is estimated in this way, in step S3, the hydrogen supply pressure is set according to the estimated hydrogen concentration. The hydrogen supply pressure (OCV pressure) is a pressure at the time of supply to the inlet 10a of the anode 12 of the fuel cell stack 10 during the OCV check.

すなわち、発電停止時間が長く、水素濃度が低い場合に次回燃料電池システム１の起動時に大流量の水素を導入すると、燃料電池スタック１０の入口１０ａ側（ガス導入側）に位置する単セルＳに対して十分に水素が拡散せず、各単セルＳの水素置換にバラツキが発生する。そこで、本実施形態では、図４に示すように、例えば水素濃度が所定値以下となった場合には、図５に示すように、ＯＣＶ圧力を低下させる制御を行うことにより、入口１０ａ側（ガス導入側）に位置する単セルＳのセル電圧の立ち上がりの遅れを緩和することができる。 That is, when a large amount of hydrogen is introduced when the fuel cell system 1 is started next time when the power generation stop time is long and the hydrogen concentration is low, the single cell S located on the inlet 10a side (gas introduction side) of the fuel cell stack 10 is introduced. On the other hand, hydrogen does not diffuse sufficiently, and variation occurs in the hydrogen replacement of each single cell S. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, for example, when the hydrogen concentration becomes a predetermined value or less, as shown in FIG. 5, by performing control to reduce the OCV pressure, the inlet 10 a side ( The rising delay of the cell voltage of the single cell S located on the gas introduction side can be alleviated.

さらに詳述すると、水素濃度が低い状態で、高い圧力の水素を導入すると、図５の破線で示すように、圧力の立ち上がり時に最も水素が多量に導入されて流速も速くなるので、ガス導入口（入口１０ａ）側の単セルＳを飛び越えて水素が導入され、ガス導入口側の単セルＳが水素置換不足になり、セル電圧の立ち上がりが遅くなる。これに対して、本実施形態では、水素濃度が所定値以下の場合にはＯＣＶ圧力（水素供給圧）を下げることによって、圧力の立ち上がり時における水素の流量を減少させているので、流速が遅くなり、単セルＳの水素の跳び越しがなくなり、ガス導入側のセル電圧の立ち上がりの遅れを防止できる。 More specifically, when hydrogen at a high pressure is introduced in a state where the hydrogen concentration is low, as shown by the broken line in FIG. 5, the largest amount of hydrogen is introduced at the rise of the pressure and the flow velocity is increased. Hydrogen is introduced by jumping over the single cell S on the (inlet 10a) side, the single cell S on the gas inlet side is insufficiently replaced with hydrogen, and the rise of the cell voltage is delayed. On the other hand, in the present embodiment, when the hydrogen concentration is equal to or lower than a predetermined value, the flow rate of hydrogen at the rise of the pressure is decreased by decreasing the OCV pressure (hydrogen supply pressure), so the flow rate is slow. Thus, the hydrogen jump of the single cell S is eliminated, and the delay in the rise of the cell voltage on the gas introduction side can be prevented.

また、ＯＣＶ圧力は、図６に示すように、上限値と下限値との範囲内で設定されることが好ましい。上限値については、図６において、ＯＣＶチェック時の水素ガスの流速とＯＣＶ圧力との関係（グラフＡ）として示すように、ガス流速の所定値ａを超えないようにＯＣＶ圧力の上限値が設定される。なお、このＯＣＶ圧力の上限値ａは、予め実験等によって求められるものであり、水素置換のバラツキを生じない（特に、ガス導入側のセル電圧の立ち上がりが遅くならない）流速となる値に設定される。 The OCV pressure is preferably set within a range between an upper limit value and a lower limit value as shown in FIG. As for the upper limit value, the upper limit value of the OCV pressure is set so as not to exceed the predetermined value a of the gas flow rate as shown in FIG. 6 as a relationship (graph A) between the hydrogen gas flow rate and the OCV pressure at the OCV check. Is done. Note that the upper limit value a of the OCV pressure is obtained in advance by experiments or the like, and is set to a value at which the flow rate does not cause variations in hydrogen substitution (particularly, the rise of the cell voltage on the gas introduction side is not delayed). The

また、下限値については、図６において、燃料電池スタック１０の差圧（ＳＴＫ差圧）とＯＣＶ圧力との関係（グラフＢ）として示すように、排水要求差圧（最低必要圧力）ΔＰを下回らないように設定される。排水要求差圧ΔＰとは、ＯＣＶ圧力を低下させる場合に各単セルＳ内の水を排出可能な圧力となる下限値を意味している。なお、排水要求差圧の「差圧」とは、ＯＣＶチェック時にパージ弁２６を開放し、アノード系２０内の圧力が開放されたときの大気圧との差を意味している。 As for the lower limit value, as shown in FIG. 6 as the relationship between the differential pressure (STK differential pressure) of the fuel cell stack 10 and the OCV pressure (graph B), it falls below the required drainage differential pressure (minimum required pressure) ΔP. Set to not. The drainage required differential pressure ΔP means a lower limit value that is a pressure at which water in each single cell S can be discharged when the OCV pressure is reduced. The “differential pressure” of the required drainage differential pressure means a difference from the atmospheric pressure when the purge valve 26 is opened during the OCV check and the pressure in the anode system 20 is released.

なお、排水要求差圧は、予め燃料電池スタック１０に対する実験等によって求められるものであり、その実験方法としては、例えば、燃料電池スタック１０を水で閉塞させた後に徐々に差圧を大きくする方法によって行うことができる。このような実験によれば、図７に示すように、ある閾値を超えたときに閉塞水が排出されて流量が急激に上昇するので、流量が急激に上昇したときの差圧ΔＰを、排出要求差圧の下限値として設定することにより、フラッディングによる閉塞を防止できる。 The drainage required differential pressure is obtained in advance by experiments or the like on the fuel cell stack 10, and as an experimental method thereof, for example, a method of gradually increasing the differential pressure after the fuel cell stack 10 is closed with water. Can be done by. According to such an experiment, as shown in FIG. 7, when a certain threshold value is exceeded, the clogged water is discharged and the flow rate rapidly increases, so that the differential pressure ΔP when the flow rate rapidly increases is discharged. By setting it as the lower limit value of the required differential pressure, blockage due to flooding can be prevented.

このようにして設定された下限値と上限値との間の範囲内において、ＯＣＶ圧力が設定される。なお、水素濃度が所定値以下の場合（図４参照）、図８に示すように、発電停止時間が低下するにつれて、ＯＣＶ圧力を段階的に低下させるようにしてもよい。図８は一例であり、さらに多段階となるように低下させてもよく、発電停止時間の低下に応じて連続的に低下させるようにしてもよい。 The OCV pressure is set within a range between the lower limit value and the upper limit value set in this way. When the hydrogen concentration is equal to or lower than a predetermined value (see FIG. 4), as shown in FIG. 8, the OCV pressure may be decreased stepwise as the power generation stop time decreases. FIG. 8 is an example, and it may be lowered so as to have more stages, or may be continuously lowered in accordance with a decrease in the power generation stop time.

図３のフローに戻り、ステップＳ４において、ＥＣＵ４１は、エアコンプレッサ３１の駆動を開始して、燃料電池スタック１０のカソード１３に、加湿器３２で加湿された空気を供給する。このときエアコンプレッサ３１からの空気が信号圧配管３５に導入されるが、ＯＣＶ圧力を低下させる場合には、設定されたＯＣＶ圧力となるように、減圧弁２３に入力する信号圧を低下させる。なお、本実施形態では、減圧弁２３と入口１０ａとの間にエゼクタ２５が設けられているので、エゼクタ２５によって低下する圧力を考慮して、減圧弁２３に入力される信号圧が設定される。ＯＣＶ圧力を低下させる手段としては、エアコンプレッサ３１のモータの回転速度を低下させる方法、回転速度を変えずに排出弁３６を開弁する方法などがある。なお、背圧弁３３については、ＥＣＵ４１によってその開度が適宜調節される。 Returning to the flow of FIG. 3, in step S 4, the ECU 41 starts driving the air compressor 31 and supplies the air humidified by the humidifier 32 to the cathode 13 of the fuel cell stack 10. At this time, air from the air compressor 31 is introduced into the signal pressure pipe 35. When the OCV pressure is reduced, the signal pressure input to the pressure reducing valve 23 is reduced so as to be the set OCV pressure. In the present embodiment, since the ejector 25 is provided between the pressure reducing valve 23 and the inlet 10a, the signal pressure input to the pressure reducing valve 23 is set in consideration of the pressure that is reduced by the ejector 25. . As a means for reducing the OCV pressure, there are a method for reducing the rotational speed of the motor of the air compressor 31 and a method for opening the discharge valve 36 without changing the rotational speed. Note that the opening degree of the back pressure valve 33 is appropriately adjusted by the ECU 41.

そして、ステップＳ５において、ＥＣＵ４１は、パージ弁２６を閉じたままで遮断弁２２を開弁して、燃料電池スタック１０のアノード１２に、入口１０ａから水素が導入される。水素が導入されると、ＯＣＶ圧力（アノード圧）が上昇し（図５参照）、その後ある圧力において一定になる。 In step S5, the ECU 41 opens the shutoff valve 22 with the purge valve 26 closed, and hydrogen is introduced into the anode 12 of the fuel cell stack 10 from the inlet 10a. When hydrogen is introduced, the OCV pressure (anode pressure) increases (see FIG. 5) and then becomes constant at a certain pressure.

そして、ステップＳ６において、ＥＣＵ４１は、パージ弁２６を開弁する。すなわち、ＯＣＶ圧力が一定になった直後、パージ弁２６が所定時間開弁される。このときの所定時間は、予め実験等によって求められるものであり、例えばアノード系２０に残留している空気をすべて排出できる時間に設定される。なお、パージ弁２６を開弁したとしても、ＯＣＶ圧力はほぼ一定である。 In step S6, the ECU 41 opens the purge valve 26. That is, immediately after the OCV pressure becomes constant, the purge valve 26 is opened for a predetermined time. The predetermined time at this time is obtained in advance through experiments or the like, and is set to a time during which all the air remaining in the anode system 20 can be discharged, for example. Even when the purge valve 26 is opened, the OCV pressure is substantially constant.

そして、ステップＳ７において、ＥＣＵ４１は、電圧計４２で検出された燃料電池スタック１０のＯＣＶが、所定電圧を超えたか否かを判断する。なお、所定電圧は、燃料電池スタック１０と外部負荷５０とを接続したとしても、発電性能が損なわれない程度の電圧値に設定される。 In step S7, the ECU 41 determines whether the OCV of the fuel cell stack 10 detected by the voltmeter 42 has exceeded a predetermined voltage. The predetermined voltage is set to a voltage value that does not impair the power generation performance even when the fuel cell stack 10 and the external load 50 are connected.

ステップＳ７において、ＥＣＵ４１は、ＯＣＶが所定電圧以下であると判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ７の処理を繰り返し、ＯＣＶが所定電圧を超えたと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進む。 In step S7, when the ECU 41 determines that the OCV is equal to or lower than the predetermined voltage (No), the ECU 41 repeats the process of step S7. When the ECU 41 determines that the OCV exceeds the predetermined voltage (Yes), the ECU 41 proceeds to step S8. move on.

ステップＳ８において、ＥＣＵ４１は、ＯＣＶチェックが完了したと判断して、図示しないコンタクタを接続（ＯＮ）して、燃料電池スタック１０から外部負荷５０に電力の供給を開始する（ＦＣ起動完了）。 In step S8, the ECU 41 determines that the OCV check has been completed, connects (ON) a contactor (not shown), and starts supplying power from the fuel cell stack 10 to the external load 50 (FC activation complete).

以上説明したように、本実施形態によれば、水素濃度を発電停止時間とセル電圧の分布パターンとから推定するので、セル電圧の分布パターンのみにより水素濃度を推定する場合よりも、水素濃度を高精度に推定することが可能になる。その結果、ＯＣＶ圧力（水素供給圧）を低下させる必要があるか否かを正確に判断することができるので、水素導入口（入口１０ａ）側の流速が過度に速くなるのを防止でき、単セルＳの積層方向において水素置換の状態（セル電圧の分布パターン）にバラツキが生じるのを抑制することができる。しかも、ＯＣＶ圧力を低下させる場合であってもさらに水素濃度の低下に応じてＯＣＶ圧力を段階的に低下させることにより（図８参照）、より確実に水素置換の状態（セル電圧の分布パターン）のバラツキを抑制できる。 As described above, according to the present embodiment, since the hydrogen concentration is estimated from the power generation stop time and the cell voltage distribution pattern, the hydrogen concentration is set to be higher than the case where the hydrogen concentration is estimated only from the cell voltage distribution pattern. It becomes possible to estimate with high accuracy. As a result, it is possible to accurately determine whether or not the OCV pressure (hydrogen supply pressure) needs to be reduced, so that it is possible to prevent the flow velocity on the hydrogen inlet (inlet 10a) side from becoming excessively high. Variations in the hydrogen substitution state (cell voltage distribution pattern) in the stacking direction of the cells S can be suppressed. In addition, even when the OCV pressure is lowered, by further reducing the OCV pressure stepwise in accordance with the decrease in the hydrogen concentration (see FIG. 8), the hydrogen replacement state (cell voltage distribution pattern) is more reliably performed. Can be suppressed.

また、本実施形態によれば、ＯＣＶ圧力を低下させる場合であっても、アノードからの水を排水可能な圧力（排水要求差圧）を下限値として設定したので、フラッディングによる閉塞を防止することができる。その結果、水によって水素置換が十分に行なわれないといった不具合を防止することができる。 In addition, according to the present embodiment, even when the OCV pressure is lowered, the pressure at which the water from the anode can be drained (the drainage required differential pressure) is set as the lower limit value, so that blockage due to flooding is prevented. Can do. As a result, it is possible to prevent problems such as insufficient hydrogen replacement with water.

また、本実施形態によれば、各単セルＳにおける水素置換のバラツキを抑制できるので、システム小型化のために、燃料電池スタック１０の入口１０ａとエゼクタ２５との距離を短くしたとしても、水素置換のバラツキを抑制することができる。 In addition, according to the present embodiment, since the variation in hydrogen substitution in each single cell S can be suppressed, even if the distance between the inlet 10a of the fuel cell stack 10 and the ejector 25 is shortened to reduce the system size, Variation in substitution can be suppressed.

なお、アノード１２の水素濃度の推定方法として、前記した実施形態に限定されるものではなく、発電停止中に掃気処理が行われたか否かを加味して推定するようにしてもよい。なお、発電停止時における掃気処理とは、燃料電池システム１が低温（例えば、０℃以下）環境下で使用される場合、燃料電池スタック１０内に残留する生成水が凍結するおそれがあるときに燃料電池スタック１０内の生成水を発電停止時に排出する処理である。例えば、温度センサ（燃料電池スタック１０の冷媒出口、アノードオフガス出口、カソードオフガス出口など）の検出値に基づいて燃料電池スタック１０内の生成水が凍結するおそれがあると判断された場合には、エアコンプレッサ３１を駆動して、燃料電池スタック１０のアノード１２およびカソード１３に残留している生成水を吹き飛ばして外部（車外）に排出する処理が行われる。なお、図１では図示省略しているが、エアコンプレッサ３１からの空気をアノード１２に供給するための、エア導入弁を備えた掃気エア導入配管が設けられているものとする。 Note that the method for estimating the hydrogen concentration of the anode 12 is not limited to the above-described embodiment, and may be estimated in consideration of whether or not the scavenging process has been performed during power generation stoppage. The scavenging process when power generation is stopped is when the generated water remaining in the fuel cell stack 10 may be frozen when the fuel cell system 1 is used in a low temperature (eg, 0 ° C. or lower) environment. This is a process of discharging generated water in the fuel cell stack 10 when power generation is stopped. For example, when it is determined that the generated water in the fuel cell stack 10 may be frozen based on the detection value of the temperature sensor (the refrigerant outlet, anode offgas outlet, cathode offgas outlet, etc. of the fuel cell stack 10) The air compressor 31 is driven, and the generated water remaining on the anode 12 and the cathode 13 of the fuel cell stack 10 is blown off and discharged to the outside (outside the vehicle). Although not shown in FIG. 1, it is assumed that a scavenging air introduction pipe provided with an air introduction valve for supplying air from the air compressor 31 to the anode 12 is provided.

このように、発電停止中に掃気処理が行われたと判断した場合には、燃料電池スタック１０のアノード１２内の水素濃度は、ほぼ０％に近いと判断されるので、例えば、ステップＳ２の水素濃度を推定する前に、掃気処理が行われたか否かを判断して、掃気処理が行われたと判断した場合には、水素濃度０％に対応したＯＣＶ圧力を設定すればよい。すなわち、この場合には車両としての起動時間の遅れへの影響が出てこない圧力を最低限の圧力として設定することが好ましい。このときの圧力は、車両として運転者に違和感を与えないように、商品性を考慮して任意に設定されるものである。 As described above, when it is determined that the scavenging process has been performed while power generation is stopped, the hydrogen concentration in the anode 12 of the fuel cell stack 10 is determined to be close to 0%. Before the concentration is estimated, it is determined whether or not the scavenging process has been performed. If it is determined that the scavenging process has been performed, an OCV pressure corresponding to a hydrogen concentration of 0% may be set. That is, in this case, it is preferable to set a pressure that does not affect the delay of the start-up time as a minimum pressure. The pressure at this time is arbitrarily set in consideration of merchantability so as not to give the driver an uncomfortable feeling as a vehicle.

なお、本実施形態では、減圧弁２３が、カソード１３側に供給されるエアの圧力を信号圧により作動するものを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、電気的な信号に基づいて減圧率が変化する減圧弁であってもよい。 In the present embodiment, the pressure reducing valve 23 has been described as an example in which the pressure of the air supplied to the cathode 13 is operated by a signal pressure. However, the present invention is not limited to this and an electrical signal is used. May be a pressure reducing valve whose pressure reduction rate changes.

また、本実施形態では、水素濃度を推定する場合を例に挙げて説明したが、水素センサにより実測して、その実測値に応じて圧力を制御するようにしてもよい。 In the present embodiment, the case where the hydrogen concentration is estimated has been described as an example. However, the pressure may be controlled according to the actual measurement value obtained by actual measurement using a hydrogen sensor.

本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the fuel cell system of this embodiment. 燃料電池スタックを構成する単セルを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the single cell which comprises a fuel cell stack. 本実施形態の燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of starting of the fuel cell system of this embodiment. 発電停止時間と水素濃度との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between an electric power generation stop time and hydrogen concentration. ＯＣＶ圧力および導入水素流量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of OCV pressure and introduction | transduction hydrogen flow volume. ＯＣＶ時のガス流速とＯＣＶ圧力との関係、および燃料電池スタックの差圧とＯＣＶ圧力との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the gas flow rate at the time of OCV, and OCV pressure, and the relationship between the differential pressure | voltage of a fuel cell stack, and OCV pressure. 排水要求差圧の設定方法を示すマップである。It is a map which shows the setting method of drainage request | requirement differential pressure | voltage. 発電停止時間に対するＯＣＶ圧力の設定方法の一例を示すマップである。It is a map which shows an example of the setting method of OCV pressure with respect to electric power generation stop time.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
１０燃料電池スタック
１２アノード
１３カソード
２１高圧水素タンク（燃料ガス供給手段）
２３減圧弁（調圧手段）
２６パージ弁（置換手段）
４１ＥＣＵ（燃料ガス濃度取得手段）
Ｓ単セル（燃料電池セル） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell stack 12 Anode 13 Cathode 21 High-pressure hydrogen tank (fuel gas supply means)
23 Pressure reducing valve (pressure adjusting means)
26 Purge valve (replacement means)
41 ECU (fuel gas concentration acquisition means)
S Single cell (fuel cell)

Claims

A fuel cell stack formed by stacking fuel cells that generate power by supplying fuel gas to the anode and oxidant gas to the cathode; and
Fuel gas supply means for supplying the fuel gas from one of the fuel cell stacking directions to the fuel cell stack;
Replacement means for replacing the staying gas staying in the anode with the fuel gas using the fuel gas supply means at the time of starting the fuel cell system;
Pressure adjusting means for adjusting the pressure of the fuel gas from the fuel gas supply means;
In a fuel cell system having
A fuel gas concentration acquisition means for acquiring the fuel gas concentration in the anode;
A fuel cell system that reduces the pressure of the fuel gas that is adjusted by the pressure adjusting unit when the fuel cell system is started based on the fuel gas concentration acquired by the fuel gas concentration acquiring unit.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure of the fuel gas adjusted by the pressure adjusting unit has a minimum required pressure that promotes drainage from the anode of the fuel cell as a lower limit value.