JP2010245008A - Fuel cell system, and power generation shutdown method of fuel cell - Google Patents

Fuel cell system, and power generation shutdown method of fuel cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control performance deterioration of a fuel cell in the fuel cell system. <P>SOLUTION: The fuel cell system having a fuel cell is provided with an anode exhaust gas circulation portion which re-supplies an anode exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell, an anode exhaust gas discharge portion which discharges the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation portion, a power generation shutdown portion which stops power generation of the fuel cell, and a control portion which, when stopping power generation of the fuel cell, stops circulation of the anode exhaust gas by controlling the anode exhaust gas circulation portion while continuing power generation of the fuel cell, as a pretreatment of power generation shut-down, and thereafter, discharges the anode exhaust gas by controlling the anode exhaust gas discharge portion, and stops power generation of the fuel cell by controlling the power generation shutdown portion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池の発電停止時には、従来、燃料電池のアノード側に供給されるアノードガス（例えば、水素）、および燃料電池のカソード側に供給されるカソードガス(例えば、空気)の供給が停止される。アノードガスおよびカソードガス（以下、これらをまとめて「反応ガス」ともいう。）の供給を停止した後、アノードからカソードへアノードガスが移動してカソード側で消費され、カソードからアノードへカソードガスが移動し、その結果、アノード側において、部分的にアノードガスが無い状態が生じる場合がある。このように、アノード側において、アノードガスが欠乏した状態になると、カソード側の触媒担体（例えば、カーボン担体）が酸化されて、燃料電池の性能が低下するおそれがある。   When the power generation of the fuel cell is stopped, the supply of the anode gas (for example, hydrogen) supplied to the anode side of the fuel cell and the cathode gas (for example, air) supplied to the cathode side of the fuel cell is conventionally stopped. After the supply of the anode gas and the cathode gas (hereinafter collectively referred to as “reaction gas”) is stopped, the anode gas moves from the anode to the cathode and is consumed on the cathode side, and the cathode gas flows from the cathode to the anode. As a result, there may occur a state where the anode gas is partially absent on the anode side. As described above, when the anode gas is deficient on the anode side, the catalyst support (for example, carbon support) on the cathode side is oxidized, which may reduce the performance of the fuel cell.

このような問題に対して、燃料電池の運転停止後に、アノード側にアノードガス（水素）を再供給する、燃料電池システムの発電停止方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   To solve such a problem, a method for stopping power generation in a fuel cell system has been proposed in which anode gas (hydrogen) is resupplied to the anode side after the operation of the fuel cell is stopped (see, for example, Patent Document 1).

特開２００８−４５６４号公報JP 2008-4564 A 特開２００７−０６６５５３号公報JP 2007-066553 A 特開２００６−１２０４３０号公報JP 2006-120430 A 特開２００３−１５１５９２号公報JP 2003-151592 A 特開２００４−３４９０６８号公報JP 2004-349068 A

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法によって、燃料電池システムの発電を停止しても、カソード材料の酸化を十分に抑制することができなかった。   However, even if the power generation of the fuel cell system is stopped by the method described in Patent Document 1, the oxidation of the cathode material cannot be sufficiently suppressed.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、燃料電池の性能低下を抑制する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing a decrease in the performance of a fuel cell in a fuel cell system.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］ 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池から排出されるアノード排ガスを、前記燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、
前記アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、
前記燃料電池の発電を停止させる発電停止部と、
前記燃料電池の発電を停止させる場合に、発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノード排ガス循環部を制御して前記アノード排ガスの循環を停止させ、その後に、前記アノード排ガス排出部を制御して、アノード排ガスを排出させると共に、前記発電停止部を制御して、前記燃料電池の発電を停止させる、制御部と、
を備える、燃料電池システム。 Application Example 1 A fuel cell system including a fuel cell,
An anode exhaust gas recirculation unit for re-supplying the anode exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell;
An anode exhaust gas discharge part for discharging the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation part;
A power generation stop unit for stopping power generation of the fuel cell;
When stopping the power generation of the fuel cell, as a pre-power generation stop process, in a state of continuing the power generation of the fuel cell, the anode exhaust gas circulation unit is controlled to stop the circulation of the anode exhaust gas, A control unit for controlling the anode exhaust gas discharge unit to discharge the anode exhaust gas and controlling the power generation stop unit to stop power generation of the fuel cell;
A fuel cell system comprising:

このようにすると、燃料電池の発電を停止する前に、アノード排ガス循環部内に、アノード側に存在する不純物（例えば、窒素）が集められて、排出される。そのため、燃料電池の発電停止後に、アノードに存在する不純物の量を低減することができ、カソード材料の酸化を抑制することができる。   In this way, before stopping the power generation of the fuel cell, impurities (for example, nitrogen) present on the anode side are collected and discharged in the anode exhaust gas circulation section. Therefore, after the fuel cell power generation is stopped, the amount of impurities present in the anode can be reduced, and oxidation of the cathode material can be suppressed.

［適用例２］ 適用例１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部を備え、
前記制御部は、
前記発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノードガス供給部を制御して前記燃料電池へのアノードガスの供給を停止させると共に、前記アノード排ガス循環部を制御してアノード排ガスの循環を停止させる、燃料電池システム。 [Application Example 2] The fuel cell system according to Application Example 1,
An anode gas supply unit for supplying anode gas to the fuel cell;
The controller is
As the power generation stop pretreatment, in a state where power generation of the fuel cell is continued, the anode gas supply unit is controlled to stop the supply of the anode gas to the fuel cell, and the anode exhaust gas circulation unit is controlled. To stop the circulation of anode exhaust gas.

このようにしても、同様に、カソード材料の酸化を抑制することができる。   Even in this case, the oxidation of the cathode material can be similarly suppressed.

［適用例３］ 適用例１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池の発電を停止させた後、再度、前記アノードガス供給部を制御して、前記燃料電池にアノードガスを供給させる、燃料電池システム。 [Application Example 3] The fuel cell system according to Application Example 1 or 2,
The controller is
A fuel cell system in which after the power generation of the fuel cell is stopped, the anode gas supply unit is controlled again to supply the anode gas to the fuel cell.

このようにすると、さらに、アノード側の不純物の量を低減することができるため、カソード材料の酸化をさらに抑制することができる。   In this case, the amount of impurities on the anode side can be further reduced, so that the oxidation of the cathode material can be further suppressed.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の発電停止方法、その燃料電池の発電停止方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、そのプログラムが記憶された記憶媒体、燃料電池システムを搭載した車両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 fuel cell power generation stopping method, a program for causing a computer to execute the fuel cell power generation stopping method, and a storage storing the program. It can be realized in the form of a vehicle or the like equipped with a medium or a fuel cell system.

本発明の第１の実施例としての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 the fuel cell system as a 1st Example of this invention. 発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing an electric power generation stop process routine. 発電停止後の燃料電池スタックの任意の単セルにおけるセル電圧の時間変化の様子を示す。The mode of the time change of the cell voltage in the arbitrary single cells of the fuel cell stack after power generation is stopped is shown. 第２の実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the electric power generation stop process routine in a 2nd Example. 第２の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。The mode of the time change of the cell voltage after the electric power generation stop in the arbitrary single cells of the fuel cell stack in the second embodiment is shown. 第３の実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the electric power generation stop process routine in a 3rd Example. 第３の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。The mode of the time change of the cell voltage after the electric power generation stop in the arbitrary single cells of the fuel cell stack in the third embodiment is shown. 第４の実施例としての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 the fuel cell system as a 4th Example. 第４の実施例における発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the electric power generation stop process routine in a 4th Example.

Ａ．第１の実施例：
Ａ１．第１の実施例の構成：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００と、アノードガスとしての水素を燃料電池スタック１００に供給して、燃料電池スタック１００から排出された排ガス（以下、アノード排ガスともいう。）を大気へ排出するアノードガス給排系と、カソードガスとしての空気を燃料電池スタック１００に供給して、燃料電池スタック１００から排出された排気ガスを大気へ排出するカソードガス排系と、燃料電池システム１０００の各部の動きを制御する制御部４００と、負荷接続部６００と、を備える。本実施例において、燃料電池システム１０００は、車両に搭載されている。 A. First embodiment:
A1. Configuration of the first embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 1000 supplies the fuel cell stack 100 and hydrogen as anode gas to the fuel cell stack 100, and exhausts exhaust gas (hereinafter also referred to as anode exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 100 to the atmosphere. An anode gas supply / discharge system, a cathode gas discharge system that supplies air as cathode gas to the fuel cell stack 100 and discharges exhaust gas discharged from the fuel cell stack 100 to the atmosphere, and each part of the fuel cell system 1000 The control part 400 which controls a motion and the load connection part 600 are provided. In this embodiment, the fuel cell system 1000 is mounted on a vehicle.

燃料電池スタック１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池の単セルが複数積層された構成を有し、アノードガスとしての純水素と、カソードガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。   The fuel cell stack 100 has a configuration in which a plurality of unit cells of a polymer electrolyte fuel cell having a relatively small size and excellent power generation efficiency are stacked, and pure hydrogen as an anode gas and oxygen in the air as a cathode gas are contained. The electromotive force is obtained by causing an electrochemical reaction in each electrode.

また、燃料電池スタック１００には、各単セルの電圧を検出する電圧センサ５００が設けられている。電圧センサ５００による検出結果は、制御部４００に出力される。   The fuel cell stack 100 is provided with a voltage sensor 500 that detects the voltage of each single cell. The detection result by the voltage sensor 500 is output to the control unit 400.

アノードガス給排系は、水素タンク２１０と、アノードガス供給路２２０と、アノード排ガス循環路２５０と、アノード排ガス排出路２７０と、を主に備える。   The anode gas supply / discharge system mainly includes a hydrogen tank 210, an anode gas supply path 220, an anode exhaust gas circulation path 250, and an anode exhaust gas discharge path 270.

水素タンク２１０は、高圧水素を貯蔵する水素ボンベである。水素タンク２１０は、遮断弁２１２を備え、制御部４００からの指示にしたがって、遮断弁２１２を開閉することによって、水素の供給・停止を行う。水素タンク２１０としては、例えば、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクを用いても良い。   The hydrogen tank 210 is a hydrogen cylinder that stores high-pressure hydrogen. The hydrogen tank 210 includes a shut-off valve 212, and supplies and stops hydrogen by opening and closing the shut-off valve 212 according to an instruction from the control unit 400. As the hydrogen tank 210, for example, a hydrogen storage alloy may be used, and a hydrogen storage tank may be used by storing the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy.

アノードガス供給路２２０には、圧力調整弁２３０と、圧力センサ２４０とが設けられている。水素タンク２１０に貯蔵される水素ガスは、水素タンク２１０に接続するアノードガス供給路２２０に放出された後、圧力調整弁２３０によって所定の圧力に調整されて、燃料電池スタック１００を構成する各単セルのアノードにアノードガスとして供給される。圧力センサ２４０は、アノード内圧を計測する。   The anode gas supply path 220 is provided with a pressure adjustment valve 230 and a pressure sensor 240. The hydrogen gas stored in the hydrogen tank 210 is discharged to the anode gas supply path 220 connected to the hydrogen tank 210, and then adjusted to a predetermined pressure by the pressure adjustment valve 230, whereby each unit constituting the fuel cell stack 100 is adjusted. Supplied as anode gas to the anode of the cell. The pressure sensor 240 measures the anode internal pressure.

アノード排ガス循環路２５０には、水素ポンプ２６０が設けられており、燃料電池スタック１００のアノードから排出されるアノード排ガスを、アノードガス供給路２２０において圧力調整弁２３０が配置される位置の下流側に再び流入させる。したがって、アノード排ガス中の残余の水素は、アノード排ガス循環路２５０と、アノードガス供給路２２０の一部と、燃料電池スタック１００内の流路と、から成る流路（以下、循環流路と呼ぶ）内を循環して再度電気化学反応に供される。   The anode exhaust gas circulation path 250 is provided with a hydrogen pump 260, and anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack 100 is disposed downstream of the position where the pressure regulating valve 230 is disposed in the anode gas supply path 220. Let it flow again. Therefore, the remaining hydrogen in the anode exhaust gas is a flow path (hereinafter referred to as a circulation flow path) composed of the anode exhaust gas circulation path 250, a part of the anode gas supply path 220, and a flow path in the fuel cell stack 100. ) Circulates in the inside and is again subjected to electrochemical reaction.

アノード排ガス排出路２７０は、アノード排ガス循環路２５０から分岐して、設けられている。アノード排ガス排出路２７０には排気弁２８０が設けられており、排気弁２８０が開弁されると、アノード排ガス循環路２５０内を流れるアノード排ガスの一部がアノード排ガス排出路２７０を介して、外部に排出される。これにより、循環する水素含有ガスの一部を外部に排出して、水素含有ガス中の不純物濃度（電解質膜を介してアノード側に移動した、カソードガスである空気中の窒素等の濃度）の上昇を抑えることができる。   The anode exhaust gas discharge path 270 is provided to be branched from the anode exhaust gas circulation path 250. The anode exhaust gas discharge path 270 is provided with an exhaust valve 280. When the exhaust valve 280 is opened, a part of the anode exhaust gas flowing in the anode exhaust gas circulation path 250 is externally passed through the anode exhaust gas discharge path 270. To be discharged. As a result, a part of the circulating hydrogen-containing gas is discharged to the outside, and the impurity concentration in the hydrogen-containing gas (the concentration of nitrogen or the like in the cathode gas that has moved to the anode side through the electrolyte membrane) The rise can be suppressed.

燃料電池スタック１００が通常の発電を行っている間は、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガス中の窒素濃度に基づいて排気弁２８０の開閉が制御されている。また、後述するように、燃料電池スタック１００の発電停止処理を行う場合には、排気弁２８０は、セル電圧に基づいて開弁される。   While the fuel cell stack 100 is performing normal power generation, the opening and closing of the exhaust valve 280 is controlled based on the nitrogen concentration in the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation path 250. As will be described later, when the power generation stop process of the fuel cell stack 100 is performed, the exhaust valve 280 is opened based on the cell voltage.

カソードガス給排系は、エアコンプレッサ３１０と、カソードガス供給路３２０と、カソード排ガス路３３０と、を主に備える。   The cathode gas supply / discharge system mainly includes an air compressor 310, a cathode gas supply path 320, and a cathode exhaust gas path 330.

エアコンプレッサ３１０は、エアクリーナ（図示しない）を介して外部から取り込んだ空気を加圧して、この加圧空気を、カソードガス供給路３２０を介してカソードガスとして燃料電池スタック１００のカソードに供給する。カソード排ガス路３３０は、カソードから排出されたカソード排ガスを外部に排出させる。   The air compressor 310 pressurizes air taken from outside via an air cleaner (not shown), and supplies this pressurized air to the cathode of the fuel cell stack 100 as cathode gas via the cathode gas supply path 320. The cathode exhaust gas path 330 discharges the cathode exhaust gas discharged from the cathode to the outside.

制御部４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されている。詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ４２０と、ＣＰＵ４２０で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ４４０と、同じくＣＰＵ４２０で各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ４６０と、各種の信号を入出力する入出力ポート４８０等を備える。この制御部４００は、燃料電池システム１０００に設けた電圧センサ５００の計測信号や、燃料電池スタック１００に対する負荷要求に関する情報などを取得する。また、燃料電池システム１０００が備える遮断弁２１２、圧力調整弁２３０、エアコンプレッサ３１０、水素ポンプ２６０、排気弁２８０など、燃料電池スタック１００の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。   The control unit 400 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer. Specifically, a CPU 420 that executes predetermined calculations according to a preset control program, a ROM 440 that stores control programs and control data necessary for executing various calculation processes by the CPU 420, and various types of CPU 420 that also perform various calculations. A RAM 460 that temporarily reads and writes various data necessary for arithmetic processing, an input / output port 480 that inputs and outputs various signals, and the like are provided. The control unit 400 acquires a measurement signal from the voltage sensor 500 provided in the fuel cell system 1000, information on a load request for the fuel cell stack 100, and the like. In addition, a drive signal is output to each part related to power generation of the fuel cell stack 100, such as a shutoff valve 212, a pressure adjustment valve 230, an air compressor 310, a hydrogen pump 260, and an exhaust valve 280 provided in the fuel cell system 1000.

負荷接続部６００は、燃料電池スタック１００と、燃料電池システム１０００外部の電気的負荷２０００との接続を切り換え可能な装置である。負荷接続部６００は、発電中において、燃料電池スタック１００と電気的負荷２０００とを接続している。なお、電気的負荷２０００は、例えば、二次電池や、電力消費装置（モータなど）などである。   The load connection unit 600 is a device that can switch the connection between the fuel cell stack 100 and the electrical load 2000 outside the fuel cell system 1000. The load connection unit 600 connects the fuel cell stack 100 and the electrical load 2000 during power generation. Note that the electrical load 2000 is, for example, a secondary battery, a power consuming device (such as a motor), or the like.

Ａ２．実施例の動作：
図２は、燃料電池システム１０００が備える制御部４００のＣＰＵにおいて実行される発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。本実施例において、燃料電池システム１０００は車両に搭載されている。ユーザが、車両を停止してＩＧスイッチをＯＦＦにしたときに、ＩＧスイッチＯＦＦ信号が制御部４００に入力される。なお、ＩＧとは、ＩＧｎｉｔｉｏｎの略で、本来は内燃機関の点火を意味し、燃料電池システム１０００においては、必ずしも適当な用語ではないが、当業者にとり、イグニッションスイッチといえば、車両の起動スイッチを意味するものとして長年用いられてきたものである。そこで、ここでも、車両の起動スイッチとしての操作子の意味で、ＩＧスイッチの語をそのまま用いるものとする。 A2. Example operation:
FIG. 2 is a flowchart showing a power generation stop processing routine executed by the CPU of control unit 400 provided in fuel cell system 1000. In this embodiment, the fuel cell system 1000 is mounted on a vehicle. When the user stops the vehicle and turns off the IG switch, an IG switch OFF signal is input to the control unit 400. Note that IG is an abbreviation for ignition and originally means ignition of the internal combustion engine. In the fuel cell system 1000, although it is not necessarily an appropriate term, for those skilled in the art, an ignition switch is a vehicle start switch. It has been used for many years as meaning. Therefore, here, the term IG switch is used as it is in the meaning of an operator as a vehicle start switch.

制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると(ステップＳ１０２)、制御部４００は、水素ポンプ２６０を停止させて、燃料電池スタック１００による発電を継続させる(ステップＳ１０６)。このとき発電された電力は、二次電池(図示しない)に蓄電される。燃料電池システム１０００において、燃料電池スタック１００の発電時、通常は、水素ポンプ２６０を作動させている（水素ポンプ２６０作動させて行う燃料電池スタック１００の発電を、「通常発電」ともいう。）。すなわち、通常発電時、アノード排ガスは、アノード排ガス循環路２５０を介してアノードガス供給路２２０に戻されて、水素タンク２１０から供給される水素と共に、再び燃料電池スタック１００に供給される。   When the IG switch OFF signal is input to the control unit 400 (step S102), the control unit 400 stops the hydrogen pump 260 and continues the power generation by the fuel cell stack 100 (step S106). The electric power generated at this time is stored in a secondary battery (not shown). In the fuel cell system 1000, when the fuel cell stack 100 generates power, the hydrogen pump 260 is normally operated (the power generation of the fuel cell stack 100 performed by operating the hydrogen pump 260 is also referred to as “normal power generation”). That is, during normal power generation, the anode exhaust gas is returned to the anode gas supply path 220 via the anode exhaust gas circulation path 250 and is supplied again to the fuel cell stack 100 together with the hydrogen supplied from the hydrogen tank 210.

一方、ステップＳ１０６において、水素ポンプ２６０の作動を停止して燃料電池スタック１００に発電させる場合には、水素と窒素が含まれるアノード排ガスは循環されず、アノード排ガス循環路２５０の水素ポンプ２６０と燃料電池スタック１００との間に溜まる。以下、アノード排ガス循環路２５０の水素ポンプ２６０と燃料電池スタック１００との間を単に「アノード排ガス循環路２５０」ともいう。   On the other hand, when the operation of the hydrogen pump 260 is stopped and the fuel cell stack 100 generates power in step S106, the anode exhaust gas containing hydrogen and nitrogen is not circulated, and the hydrogen pump 260 and the fuel in the anode exhaust gas circulation path 250 are not circulated. It collects between the battery stack 100. Hereinafter, the portion between the hydrogen pump 260 of the anode exhaust gas circulation path 250 and the fuel cell stack 100 is also simply referred to as “anode exhaust gas circulation path 250”.

燃料電池スタック１００において、発電によりアノード側の水素が消費されると、アノードガス供給路２２０を介して水素タンク２１０から水素が燃料電池スタック１００のアノードに供給されると共に、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガス中の水素が燃料電池スタック１００のアノードに供給される。そうすると、アノード排ガス循環路２５０内の窒素濃度が高くなる。このように、燃料電池スタック１００から水素と窒素が含まれるアノード排ガスがアノード排ガス循環路２５０に排出されてアノード排ガス循環路２５０に溜まると共に、水素が燃料電池スタック１００へ逆流することが繰り返されることにより、アノード排ガス循環路２５０内に、アノード給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路を含む）内の窒素が濃縮される。   In the fuel cell stack 100, when hydrogen on the anode side is consumed by power generation, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 210 to the anode of the fuel cell stack 100 via the anode gas supply path 220, and in the anode exhaust gas circulation path 250. Hydrogen in the anode exhaust gas is supplied to the anode of the fuel cell stack 100. As a result, the nitrogen concentration in the anode exhaust gas circulation path 250 increases. As described above, the anode exhaust gas containing hydrogen and nitrogen is discharged from the fuel cell stack 100 to the anode exhaust gas circulation path 250 and accumulated in the anode exhaust gas circulation path 250, and the hydrogen is repeatedly flown back to the fuel cell stack 100. As a result, the nitrogen in the anode supply / discharge system (including the anode gas flow path in the fuel cell stack 100) is concentrated in the anode exhaust gas circulation path 250.

続いて、制御部４００は、電圧センサ５００によるセル電圧の測定信号に基づいて、セル電圧が所定値（例えば、５０ｍＶ）以下か否か判断する(ステップＳ１０８)。上記の通り、燃料電池スタック１００は、複数の（例えば、４００枚）単セルが積層されて構成されており、全ての単セルに電圧センサ５００が設けられている。制御部４００は、全ての電圧センサ５００の測定信号をモニタしている。制御部４００は、複数の電圧センサ５００のうちのいずれか一つの電圧センサ５００による測定信号に基づいて、セル電圧が所定値以下と判断すると(ステップＳ１０８においてＹｅｓ)、排気弁２８０を開弁させて、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガス（窒素濃度が高い）を排出させる。このようにすると、アノード排ガス循環路２５０に濃縮された窒素が排出され、アノード給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路を含む）内の窒素濃度が低下する。なお、セル電圧の所定値は、燃料電池スタック１００の発電能力、発電状態、環境等に応じて、種々の値に設定可能である。   Subsequently, the control unit 400 determines whether or not the cell voltage is equal to or lower than a predetermined value (for example, 50 mV) based on the cell voltage measurement signal from the voltage sensor 500 (step S108). As described above, the fuel cell stack 100 is configured by stacking a plurality of (for example, 400) single cells, and the voltage sensors 500 are provided in all the single cells. The control unit 400 monitors measurement signals of all voltage sensors 500. When the control unit 400 determines that the cell voltage is equal to or lower than a predetermined value based on a measurement signal from any one of the plurality of voltage sensors 500 (Yes in step S108), the control unit 400 opens the exhaust valve 280. Then, the anode exhaust gas (the nitrogen concentration is high) in the anode exhaust gas circulation path 250 is discharged. In this way, the concentrated nitrogen is discharged into the anode exhaust gas circulation path 250, and the nitrogen concentration in the anode supply / discharge system (including the anode gas flow path in the fuel cell stack 100) decreases. The predetermined value of the cell voltage can be set to various values depending on the power generation capacity, power generation state, environment, etc. of the fuel cell stack 100.

制御部４００は、ステップＳ１１０の後、所定時間経過したら(ステップＳ１１２においてＹｅｓ)、排気弁２８０を閉弁させる（ステップＳ１１４）。その後、制御部４００は、遮断弁２１２を制御して、水素タンク２１０からの水素の供給を停止させると共に、負荷接続部６００を制御して、燃料電池スタック１００と電気的負荷との接続を遮断させて、燃料電池スタック１００の発電を停止させる(ステップＳ１１６)。なお、本実施例において、燃料電池スタック１００の発電を停止するということは、燃料電池スタック１００と電気的負荷２０００との接続を遮断することを意味する。本実施例における負荷接続部６００が、請求項における発電停止部に相当する。   When a predetermined time has elapsed after step S110 (Yes in step S112), control unit 400 closes exhaust valve 280 (step S114). Thereafter, the control unit 400 controls the shutoff valve 212 to stop the supply of hydrogen from the hydrogen tank 210 and also controls the load connection unit 600 to shut off the connection between the fuel cell stack 100 and the electrical load. Thus, the power generation of the fuel cell stack 100 is stopped (step S116). In the present embodiment, stopping the power generation of the fuel cell stack 100 means disconnecting the connection between the fuel cell stack 100 and the electrical load 2000. The load connection portion 600 in this embodiment corresponds to the power generation stop portion in the claims.

Ａ３．実施例の効果：
燃料電池スタック１００の発電停止後に、燃料電池スタック１００のアノード側において水素欠乏部分が生じると、その水素欠乏部分には窒素、酸素、水、水蒸気等が存在することになる。アノード側、カソード側共に、酸素が存在する部分が形成されると、アノード側において、下記（式１）の反応が生じ、カソード側において、下記（式２）のカーボンの酸化反応が生じると考えられる。
１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2０・・・(式１)
１／２Ｃ＋Ｈ2Ｏ→１／２ＣＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ-・・・(式２) A3. Effects of the embodiment:
If a hydrogen deficient portion occurs on the anode side of the fuel cell stack 100 after the power generation of the fuel cell stack 100 is stopped, nitrogen, oxygen, water, water vapor, and the like exist in the hydrogen deficient portion. It is considered that when a portion where oxygen is present is formed on both the anode side and the cathode side, the reaction of the following (formula 1) occurs on the anode side and the carbon oxidation reaction of the following (formula 2) occurs on the cathode side. It is done.
1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 0 (Formula 1)
1 / 2C + H 2 O → 1 / 2CO 2 + 2H + + 2e − (Formula 2)

これに対して、本実施例の燃料電池システム１０００によれば、ステップＳ１０６において、水素ポンプ２６０の作動を停止して（すなわち、アノード排ガスの循環を停止して）、燃料電池スタック１００における発電を継続させることにより、アノード排ガス循環路２５０内に窒素を濃縮した後、アノード排ガス循環路２５０内のガスを排気させている。したがって、燃料電池スタック１００の発電停止時における、アノードガス給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路も含む）内の窒素量（窒素濃度）を低減させることができる。その結果、アノード排ガスを循環させて再利用する構成の燃料電池システムにおいて、本実施例の燃料電池システム１０００のような発電停止前の処理を行わない場合に比較して、アノードにおいて水素欠乏部分が発生するまでの時間を遅らせたり、アノードにおける水素欠乏部分の発生頻度を低減させることができると考えられる。   On the other hand, according to the fuel cell system 1000 of this embodiment, in step S106, the operation of the hydrogen pump 260 is stopped (that is, the circulation of the anode exhaust gas is stopped), and power generation in the fuel cell stack 100 is performed. By continuing, after concentrating nitrogen in the anode exhaust gas circulation path 250, the gas in the anode exhaust gas circulation path 250 is exhausted. Therefore, the amount of nitrogen (nitrogen concentration) in the anode gas supply / discharge system (including the anode gas flow path in the fuel cell stack 100) when the power generation of the fuel cell stack 100 is stopped can be reduced. As a result, in the fuel cell system configured to circulate and reuse the anode exhaust gas, the hydrogen deficient portion is not present in the anode as compared with the case where the processing before the power generation stop is not performed as in the fuel cell system 1000 of this embodiment. It is considered that the time until the generation is delayed or the frequency of occurrence of the hydrogen deficient portion in the anode can be reduced.

図３は、発電停止後の燃料電池スタック１００の任意の単セルにおけるセル電圧の時間変化の様子を示す。図３において、発電停止後セル電圧が低下し始める時間をそれぞれ、時間“０”としている。図３では、本実施例の燃料電池システム１０００におけるセル電圧の時間変化を実線で示し、比較例の燃料電池システムにおけるセル電圧を破線で示す。比較例の燃料電池システムにおいては、従来の燃料電池システムにおいて行われているように、車両においてＩＧスイッチがＯＦＦにされると、水素の供給を停止し、水素ポンプ２６０の作動を停止し、排気弁２８０を閉弁して、燃料電池の発電を停止する（電気的負荷を切断）。   FIG. 3 shows how the cell voltage changes with time in an arbitrary single cell of the fuel cell stack 100 after power generation is stopped. In FIG. 3, the time when the cell voltage starts to decrease after the power generation is stopped is time “0”. In FIG. 3, the time change of the cell voltage in the fuel cell system 1000 of the present embodiment is indicated by a solid line, and the cell voltage in the fuel cell system of the comparative example is indicated by a broken line. In the fuel cell system of the comparative example, as in the conventional fuel cell system, when the IG switch is turned off in the vehicle, the supply of hydrogen is stopped, the operation of the hydrogen pump 260 is stopped, and the exhaust gas is exhausted. The valve 280 is closed to stop the power generation of the fuel cell (cut off the electrical load).

燃料電池スタック１００における発電が停止されると、アノードの水素が電解質膜を透過してカソードにおいて酸素と反応するため、酸素が消費される。そのため、セル電圧は低下していく。その後、カソード排ガス路３３０から空気が逆流すると、酸素が電解質膜を透過して、カソードからアノードに移動する。このようにして、アノードに水素欠乏部分が生じ、アノード、カソード共に酸素が存在するようになると、上記したように、カソードのカーボンの酸化反応が生じて、異常電位が生じる。   When power generation in the fuel cell stack 100 is stopped, the hydrogen of the anode permeates the electrolyte membrane and reacts with oxygen at the cathode, so that oxygen is consumed. For this reason, the cell voltage decreases. Thereafter, when air flows backward from the cathode exhaust gas passage 330, oxygen passes through the electrolyte membrane and moves from the cathode to the anode. Thus, when a hydrogen-deficient portion is generated in the anode and oxygen is present in both the anode and the cathode, as described above, the carbon oxidation reaction of the cathode occurs and an abnormal potential is generated.

本実施例における燃料電池システム１０００では、上記したように、燃料電池スタック１００の発電停止時において、アノードガス給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路も含む）内の窒素量（窒素濃度）を低減している。すなわち、燃料電池スタック１００の発電停止時におけるアノードの水素濃度が高い。そのため、燃料電池スタック１００の発電停止後、アノードにおける水素欠乏部分の発生を遅らせることができ、その結果、カソードのカーボン酸化が生じるまでの時間を遅らせることができる。したがって、例えば、燃料電池スタック１００の発電停止後、異常電位が生じる前に、燃料電池スタック１００の再起動があれば、燃料電池スタック１００の性能低下を抑制することができる。   In the fuel cell system 1000 according to the present embodiment, as described above, the amount of nitrogen (nitrogen) in the anode gas supply / discharge system (including the anode gas flow path in the fuel cell stack 100) when power generation of the fuel cell stack 100 is stopped. (Concentration) is reduced. That is, the hydrogen concentration of the anode is high when the fuel cell stack 100 stops generating power. Therefore, after the power generation of the fuel cell stack 100 is stopped, the generation of a hydrogen-deficient portion at the anode can be delayed, and as a result, the time until the carbon oxidation of the cathode can be delayed. Therefore, for example, if the fuel cell stack 100 is restarted after the power generation of the fuel cell stack 100 is stopped and before the abnormal potential is generated, the performance degradation of the fuel cell stack 100 can be suppressed.

また、本実施例の燃料電池スタック１００における発電停止の前処理を行わず、燃料電池スタック１００の発電停止後に、燃料電池スタック１００のアノードに水素を再供給する場合（例えば、特許文献１）と比べると、本実施例における燃料電池システム１０００では、発電停止時のアノード中の窒素濃度が低減されているため、さらに、水素欠乏部の発生時間を遅らせることができると考えられる。   Further, when preprocessing for stopping power generation in the fuel cell stack 100 of the present embodiment is not performed, hydrogen is resupplied to the anode of the fuel cell stack 100 after power generation is stopped in the fuel cell stack 100 (for example, Patent Document 1). In comparison, in the fuel cell system 1000 according to the present example, it is considered that the generation time of the hydrogen-deficient part can be further delayed because the nitrogen concentration in the anode when power generation is stopped is reduced.

また、本実施例における燃料電池システム１０００によれば、水素ポンプ２６０の作動を停止して発電を継続させることにより、上記したように、アノード排ガス循環路２５０内の水素が燃料電池スタック１００における発電に利用されるため、アノード排ガス循環路２５０内の水素量が低減される。したがって、発電に利用されず、大気中に排出される水素量を低減することができる。   Further, according to the fuel cell system 1000 in the present embodiment, by stopping the operation of the hydrogen pump 260 and continuing the power generation, the hydrogen in the anode exhaust gas circulation path 250 generates the power in the fuel cell stack 100 as described above. Therefore, the amount of hydrogen in the anode exhaust gas circulation path 250 is reduced. Accordingly, it is possible to reduce the amount of hydrogen that is not used for power generation and discharged into the atmosphere.

Ｂ．第２の実施例：
第２の実施例における燃料電池システムが第１の実施例における燃料電池システム１０００と異なる点は、制御部４００において実行される発電停止処理ルーチンのみであり、燃料電池システムの構成は、第１の実施例と同様であるため、同一の符号を用い、構成の説明は省略する。 B. Second embodiment:
The fuel cell system in the second embodiment is different from the fuel cell system 1000 in the first embodiment only in a power generation stop processing routine executed in the control unit 400. The configuration of the fuel cell system is the same as that in the first embodiment. Since it is the same as that of the embodiment, the same reference numerals are used, and the description of the configuration is omitted.

図４は、本実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。本実施例におけるステップＳ１０２〜ステップＳ１１６までは、第１の実施例と同一であるので、その工程の説明を省略する。すなわち、本実施例における発電停止処理ルーチンでは、ステップＳ１１６において、発電を停止（電気的負荷との接続を遮断）した後に、さらに工程が追加されている。   FIG. 4 is a flowchart showing a power generation stop processing routine in the present embodiment. Since steps S102 to S116 in this embodiment are the same as those in the first embodiment, description of the steps is omitted. That is, in the power generation stop processing routine in the present embodiment, a process is further added after power generation is stopped (connection with an electrical load is disconnected) in step S116.

制御部４００は、ステップＳ１１６において、発電を停止させた後、遮断弁２１２、圧力調整弁２３０を調節して、水素を供給し、水素ポンプ２６０を作動させる(ステップＳ１１８)。制御部４００は、圧力センサ２４０の計測信号に基づいて、アノード内圧が所定の圧力（例えば、２５０ｋＰａ）になったか否かを判断する(ステップＳ１２０)。アノード内圧が所定の圧力になったら(ステップＳ１２０において、Ｙｅｓ)、制御部４００は、遮断弁２１２、圧力調整弁２３０を制御して、水素の供給を停止させて(ステップＳ１２２)、本ルーチンを終了する。本実施例における所定の圧力は、例えば、燃料電池スタック１００の耐圧が３００〜３５０ｋＰａである場合には、２５０ｋＰａに設定する等、燃料電池スタック１００の耐圧との関係に基づいて設定してもよい。   After stopping power generation in step S116, the controller 400 adjusts the shutoff valve 212 and the pressure adjustment valve 230 to supply hydrogen and operate the hydrogen pump 260 (step S118). Based on the measurement signal from the pressure sensor 240, the controller 400 determines whether or not the anode internal pressure has reached a predetermined pressure (for example, 250 kPa) (step S120). When the anode internal pressure becomes a predetermined pressure (Yes in step S120), control unit 400 controls shutoff valve 212 and pressure regulating valve 230 to stop the supply of hydrogen (step S122), and this routine is executed. finish. The predetermined pressure in the present embodiment may be set based on the relationship with the pressure resistance of the fuel cell stack 100, such as being set to 250 kPa when the pressure resistance of the fuel cell stack 100 is 300 to 350 kPa, for example. .

図５は、第２の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける、発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。図５において、発電停止後セル電圧が低下し始める時間をそれぞれ、時間“０”としている。図５では、第２の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧の時間変化を実線で示し、第１の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧を一点鎖線で示し、比較例の燃料電池システムにおけるセル電圧を破線で示す。   FIG. 5 shows how the cell voltage changes with time after stopping power generation in an arbitrary single cell of the fuel cell stack according to the second embodiment. In FIG. 5, the time when the cell voltage starts to decrease after the power generation is stopped is time “0”. In FIG. 5, the time change of the cell voltage in the fuel cell system of the second embodiment is indicated by a solid line, the cell voltage in the fuel cell system of the first embodiment is indicated by a one-dot chain line, and the cell in the fuel cell system of the comparative example is shown. The voltage is indicated by a broken line.

本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタックの発電停止後、再度、アノードに水素を供給している。そうすると、第１の実施例と比較して、電解質膜を透過してアノードからカソードに移動する水素の量が多くなり、カソードの酸素が早く消費される。そのため、本実施例の燃料電池システムでは、第１の実施例、比較例に比べて、急速にセル電圧が低下する。   In the fuel cell system of the present embodiment, hydrogen is supplied again to the anode after power generation of the fuel cell stack is stopped. Then, as compared with the first embodiment, the amount of hydrogen that permeates the electrolyte membrane and moves from the anode to the cathode increases, and the oxygen at the cathode is consumed quickly. Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, the cell voltage rapidly decreases as compared with the first embodiment and the comparative example.

また、燃料電池スタック１００の発電停止後に、アノードに水素が供給されるため、アノードにおける水素欠乏部分の発生をさらに遅らせることができる。したがって、カソードのカーボン酸化による異常電位の発生をさらに遅らせることができる。   In addition, since hydrogen is supplied to the anode after the power generation of the fuel cell stack 100 is stopped, generation of a hydrogen-deficient portion in the anode can be further delayed. Therefore, the generation of an abnormal potential due to the carbon oxidation of the cathode can be further delayed.

Ｃ．第３の実施例：
第３の実施例における燃料電池システムが第１の実施例における燃料電池システム１０００と異なる点は、制御部４００において実行される発電停止処理ルーチンのみであり、燃料電池システムの構成は、第１の実施例と同様であるため、同一の符号を用い、燃料電池システムの構成の説明は省略する。 C. Third embodiment:
The fuel cell system in the third embodiment is different from the fuel cell system 1000 in the first embodiment only in a power generation stop processing routine executed in the control unit 400. The configuration of the fuel cell system is the same as that in the first embodiment. Since it is the same as that of an Example, the same code | symbol is used and description of the structure of a fuel cell system is abbreviate | omitted.

図６は、第３の実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。本実施例において、制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると、制御部４００は、遮断弁２１２を制御して閉弁させる（ステップＳ１０４）。すなわち、水素タンク２１０からの水素の供給を停止させる。その後は、第１の実施例と同様に、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１６を実行する。   FIG. 6 is a flowchart showing a power generation stop processing routine in the third embodiment. In this embodiment, when the IG switch OFF signal is input to the control unit 400, the control unit 400 controls the shutoff valve 212 to close (step S104). That is, the supply of hydrogen from the hydrogen tank 210 is stopped. Thereafter, similarly to the first embodiment, steps S106 to S116 are executed.

図７は、第３の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける、発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。図７において、発電停止後セル電圧が低下し始める時間をそれぞれ、時間“０”としている。図７では、第３の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧の時間変化を実線で示し、第１の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧を一点鎖線で示し、第２の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧を二点鎖線で示し、比較例の燃料電池システムにおけるセル電圧を破線で示す。   FIG. 7 shows how the cell voltage changes with time after stopping power generation in an arbitrary single cell of the fuel cell stack according to the third embodiment. In FIG. 7, the time when the cell voltage starts to decrease after power generation is stopped is set to time “0”. In FIG. 7, the time change of the cell voltage in the fuel cell system of the third embodiment is shown by a solid line, the cell voltage in the fuel cell system of the first embodiment is shown by a one-dot chain line, and the fuel cell of the second embodiment The cell voltage in the system is indicated by a two-dot chain line, and the cell voltage in the fuel cell system of the comparative example is indicated by a broken line.

本実施例の燃料電池システムでは、制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると、発電を停止させる前に、水素タンク２１０からの水素の供給を停止するとともに、水素ポンプ２６０の作動を停止して、発電を継続させる。このようにしても、発電によって水素が消費されると、アノードガス供給路２２０、アノード排ガス循環路２５０内に残留する水素が燃料電池スタック１００のアノードに供給される。その結果、比較例と比べると、アノードにおいて水素欠乏部分の発生を遅らせることができ、その結果、異常電位が生じるのを遅らせることが可能となる。   In the fuel cell system of this embodiment, when the IG switch OFF signal is input to the control unit 400, the supply of hydrogen from the hydrogen tank 210 is stopped and the operation of the hydrogen pump 260 is stopped before power generation is stopped. And continue power generation. Even in this case, when hydrogen is consumed by power generation, hydrogen remaining in the anode gas supply path 220 and the anode exhaust gas circulation path 250 is supplied to the anode of the fuel cell stack 100. As a result, compared with the comparative example, the generation of a hydrogen deficient portion can be delayed at the anode, and as a result, the occurrence of an abnormal potential can be delayed.

Ｄ．第４の実施例：
図８は、本発明の第４の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。本実施例における燃料電池システム１１００が第１の実施例における燃料電池システム１０００と異なる点は、アノード排ガス循環路２５０上に、さらに第２遮断弁２９０を備える点である。第２遮断弁２９０は、水素ポンプ２６０とアノード排ガス排出路２７０との間に設けられる。 D. Fourth embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a fourth embodiment of the present invention. The difference between the fuel cell system 1100 in this embodiment and the fuel cell system 1000 in the first embodiment is that a second shut-off valve 290 is further provided on the anode exhaust gas circulation path 250. The second shut-off valve 290 is provided between the hydrogen pump 260 and the anode exhaust gas discharge path 270.

図９は、本実施例における発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると(ステップＳ１０２)、制御部４００は、水素ポンプ２６０を停止させて、燃料電池スタック１００による発電を継続させて(ステップＳ１０６)、第２遮断弁２９０を閉弁させる(ステップＳ１０７)。第２遮断弁２９０を閉弁させると、水素ポンプ２６０の作動を停止させるのみの場合と比べて、アノード排ガス循環路２５０がより完全に遮断される。   FIG. 9 is a flowchart showing a power generation stop processing routine in the present embodiment. When the IG switch OFF signal is input to the control unit 400 (step S102), the control unit 400 stops the hydrogen pump 260 and continues the power generation by the fuel cell stack 100 (step S106), and the second cutoff valve. 290 is closed (step S107). When the second shut-off valve 290 is closed, the anode exhaust gas circulation path 250 is more completely shut off as compared with the case where only the operation of the hydrogen pump 260 is stopped.

その後、制御部４００は、第１の実施例と同様に、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１６を実施して、窒素濃度が高くなったアノード排ガスを排出させ、発電を停止させた後、第２遮断弁２９０を開弁させる(ステップＳ１１７)。その後、第２の実施例と同様に、アノード内圧が２５０ｋＰａになるまで水素を供給させた後、水素の供給を停止させて（ステップＳ１１８〜Ｓ１２２）、本ルーチンを終了する。   Thereafter, similarly to the first embodiment, the control unit 400 performs steps S108 to S116 to discharge the anode exhaust gas having a high nitrogen concentration and stop the power generation, and then the second cutoff valve 290. Is opened (step S117). Thereafter, as in the second embodiment, hydrogen is supplied until the anode internal pressure reaches 250 kPa, and then the supply of hydrogen is stopped (steps S118 to S122), and this routine is terminated.

第２遮断弁２９０が設けられていない場合には、仮に水素ポンプ２６０の作動を停止しても、アノード排ガスが、水素ポンプ２６０を透過してアノードガス供給路２２０に戻り、再び燃料電池スタック１００に供給される可能性がある。これに対して、本実施例のように、アノード排ガス循環路２５０において水素ポンプ２６０の上流に第２遮断弁２９０を設け、アノード排ガス循環路２５０を完全に遮断させて発電を継続させることにより、アノード排ガス循環路２５０内の窒素濃度がさらに高くなる。また、アノード排ガスから燃料電池スタック１００に供給される窒素を遮断することができるため、発電停止時のアノードにおける窒素濃度をさらに低減させることができる。したがって、燃料電池スタック１００における発電停止後の異常電位の発生を、さらに遅らせることが可能となり、燃料電池スタック１００の性能低下を抑制することができる。   If the second shut-off valve 290 is not provided, even if the operation of the hydrogen pump 260 is stopped, the anode exhaust gas passes through the hydrogen pump 260 and returns to the anode gas supply path 220, and again the fuel cell stack 100. May be supplied. On the other hand, as in the present embodiment, the second exhaust valve 290 is provided upstream of the hydrogen pump 260 in the anode exhaust gas circulation path 250, and the anode exhaust gas circulation path 250 is completely shut off to continue power generation. The nitrogen concentration in the anode exhaust gas circulation path 250 is further increased. Further, since the nitrogen supplied from the anode exhaust gas to the fuel cell stack 100 can be shut off, the nitrogen concentration at the anode when power generation is stopped can be further reduced. Therefore, it is possible to further delay the generation of the abnormal potential after the power generation is stopped in the fuel cell stack 100, and to suppress the performance degradation of the fuel cell stack 100.

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例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。 E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

（１）上記実施例において、排気弁２８０を開いて、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガスを排出させた後に、発電を停止させる例を示したが、セル電圧が所定値以下になったら、発電を停止させて、その後、排気弁２８０を開弁させるように制御してもよい。このようにしても、同様の効果を得ることができる。 (1) In the above embodiment, an example is shown in which the exhaust valve 280 is opened and the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation path 250 is discharged, and then the power generation is stopped, but when the cell voltage becomes a predetermined value or less, You may control to stop electric power generation and to open the exhaust valve 280 after that. Even if it does in this way, the same effect can be acquired.

（２）上記実施例において、セル電圧が所定値以下になったことを条件として、排気弁２８０を開弁させているが、ステップＳ１０６の後、所定の時間が経過したら、排気弁２８０を開弁するようにしてもよい。例えば、予め、実験においてセル電圧が所定値以下になる時間を求めておいて、その時間を所定の時間として設定してもよい。また、水素ポンプ２６０の作動を停止して発電した電力によって、二次電池が一杯になるのに要する時間を、予め実験的に求めて、その時間を所定の時間として設定してもよい。 (2) In the above embodiment, the exhaust valve 280 is opened on condition that the cell voltage has become a predetermined value or less. However, after a predetermined time has elapsed after step S106, the exhaust valve 280 is opened. You may make it speak. For example, a time during which the cell voltage is less than or equal to a predetermined value in an experiment may be obtained in advance, and that time may be set as the predetermined time. Alternatively, the time required for the secondary battery to be filled with the power generated by stopping the operation of the hydrogen pump 260 may be experimentally obtained in advance and set as the predetermined time.

（３）上記第１の実施例において、発電を停止させる（ステップＳ１１６）前に、ステップＳ１０６〜Ｓ１１４を繰り返し実行するようにしてもよい。ステップＳ１０６〜Ｓ１１４を繰り返すことによって、燃料電池スタック１００のアノード中の窒素量がさらに低減される。また、第２の実施例において、ステップＳ１２２で水素の供給を停止した後、再びステップＳ１０６〜Ｓ１２２を実行するようにしてもよい。このようにしても、第２の実施例よりも、さらに、アノード中の窒素濃度を低減させることができる。 (3) In the first embodiment, steps S106 to S114 may be repeatedly executed before power generation is stopped (step S116). By repeating steps S106 to S114, the amount of nitrogen in the anode of the fuel cell stack 100 is further reduced. In the second embodiment, steps S106 to S122 may be executed again after stopping the supply of hydrogen in step S122. Even in this case, the nitrogen concentration in the anode can be further reduced as compared with the second embodiment.

（４）上記実施例において、燃料電池システム１０００が車両に搭載されている例を示したが、燃料電池システム１０００は、車両に搭載される場合に限定されず、種々の用途に用いることができる。例えば、燃料電池システム１０００が家庭用コージェネレーションシステムに用いられてもよい。その場合、例えば、家庭用コージェネレーションシステムが、燃料電池の発電停止ボタンを備え、ユーザが、発電停止ボタンを押下した場合に、制御部４００に発電停止ボタンＯＮ信号が入力され、発電停止処理ルーチンが開始される構成にしてもよい。 (4) In the above embodiment, the fuel cell system 1000 is mounted on a vehicle. However, the fuel cell system 1000 is not limited to being mounted on a vehicle, and can be used for various applications. . For example, the fuel cell system 1000 may be used in a home cogeneration system. In this case, for example, the home cogeneration system includes a fuel cell power generation stop button, and when the user presses the power generation stop button, a power generation stop button ON signal is input to the control unit 400, and a power generation stop processing routine is performed. May be configured to start.

（５）上記実施例において、制御部４００は、複数の電圧センサ５００のうち、いずれか一つの電圧センサ５００の計測値が所定値以下になった場合に、排気弁２８０を開弁させる構成を例示しているが、上記実施例に限定されない。例えば、燃料電池スタック１００を構成する複数の単セルを、いくつかの群に分け（例えば、１００セルを、２０セルを１群とする５群に分ける）、各群の平均値に基づいて、所定値以下か否かを判断してもよい。また、燃料電池スタック１００を構成する複数の単セルのうち、任意の単セルの計測値に基づいて、所定値以下か否かを判断してもよい。また、燃料電池スタック１００全体の出力電圧に基づいて、所定値以下か否かを判断してもよい。 (5) In the above embodiment, the control unit 400 is configured to open the exhaust valve 280 when the measured value of any one of the plurality of voltage sensors 500 becomes a predetermined value or less. Although illustrated, it is not limited to the said Example. For example, a plurality of single cells constituting the fuel cell stack 100 are divided into several groups (for example, 100 cells are divided into five groups including 20 cells as one group), and based on the average value of each group, You may determine whether it is below a predetermined value. Moreover, you may judge whether it is below a predetermined value based on the measured value of arbitrary single cells among the several single cells which comprise the fuel cell stack 100. FIG. Further, based on the output voltage of the entire fuel cell stack 100, it may be determined whether or not it is a predetermined value or less.

１００…燃料電池スタック
２１０…水素タンク
２１２…遮断弁
２２０…アノードガス供給路
２３０…圧力調整弁
２４０…圧力センサ
２５０…アノード排ガス循環路
２６０…水素ポンプ
２７０…アノード排ガス排出路
２８０…排気弁
２９０…第２遮断弁
３１０…エアコンプレッサ
３２０…カソードガス供給路
３３０…カソード排ガス路
４００…制御部
４２０…ＣＰＵ
４８０…入出力ポート
５００…電圧センサ
６００…負荷接続部
１０００、１１００…燃料電池システム
２０００…電気的負荷 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell stack 210 ... Hydrogen tank 212 ... Shut-off valve 220 ... Anode gas supply path 230 ... Pressure adjustment valve 240 ... Pressure sensor 250 ... Anode exhaust gas circulation path 260 ... Hydrogen pump 270 ... Anode exhaust gas discharge path 280 ... Exhaust valve 290 ... Second shut-off valve 310 ... Air compressor 320 ... Cathode gas supply path 330 ... Cathode exhaust gas path 400 ... Control unit 420 ... CPU
480 ... Input / output port 500 ... Voltage sensor 600 ... Load connection 1000, 1100 ... Fuel cell system 2000 ... Electric load

Claims (7)

燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池から排出されるアノード排ガスを、前記燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、
前記アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、
前記燃料電池の発電を停止させる発電停止部と、
前記燃料電池の発電を停止させる場合に、発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノード排ガス循環部を制御して前記アノード排ガスの循環を停止させ、その後に、前記アノード排ガス排出部を制御して、アノード排ガスを排出させると共に、前記発電停止部を制御して、前記燃料電池の発電を停止させる、制御部と、
を備える、燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a fuel cell,
An anode exhaust gas recirculation unit for re-supplying the anode exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell;
An anode exhaust gas discharge part for discharging the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation part;
A power generation stop unit for stopping power generation of the fuel cell;
When stopping the power generation of the fuel cell, as a pre-power generation stop process, in a state of continuing the power generation of the fuel cell, the anode exhaust gas circulation unit is controlled to stop the circulation of the anode exhaust gas, A control unit for controlling the anode exhaust gas discharge unit to discharge the anode exhaust gas and controlling the power generation stop unit to stop power generation of the fuel cell;
A fuel cell system comprising: 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部を備え、
前記制御部は、
前記発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノードガス供給部を制御して前記燃料電池へのアノードガスの供給を停止させると共に、前記アノード排ガス循環部を制御してアノード排ガスの循環を停止させる、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
An anode gas supply unit for supplying anode gas to the fuel cell;
The controller is
As the power generation stop pretreatment, in a state where power generation of the fuel cell is continued, the anode gas supply unit is controlled to stop the supply of the anode gas to the fuel cell, and the anode exhaust gas circulation unit is controlled. To stop the circulation of anode exhaust gas. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池の発電を停止させた後、再度、前記アノードガス供給部を制御して、前記燃料電池にアノードガスを供給させる、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The controller is
A fuel cell system in which after the power generation of the fuel cell is stopped, the anode gas supply unit is controlled again to supply the anode gas to the fuel cell. 燃料電池と、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給部と、前記燃料電池から排出されるアノード排ガスを、前記燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、前記アノード排ガス循環部内の前記アノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電を停止する方法であって、
（ａ）前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノード排ガス循環部におけるアノード排ガスの循環を停止させる工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させる工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）の後に、前記燃料電池の発電を停止させる工程と、
を備える、燃料電池の発電停止方法。 A fuel cell, an anode gas supply unit for supplying an anode gas to the anode of the fuel cell, an anode exhaust gas circulation unit for re-supplying the anode exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell, and an anode exhaust gas circulation unit An anode exhaust gas discharge unit for discharging the anode exhaust gas, and a method of stopping power generation of the fuel cell,
(A) a step of stopping circulation of the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation section in a state in which power generation of the fuel cell is continued;
(B) after the step (a), discharging the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation section;
(C) after the step (a), stopping the power generation of the fuel cell;
A method for stopping power generation of a fuel cell. 請求項４に記載の燃料電池の発電停止方法において、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の後に行われる、燃料電池の発電停止方法。 In the fuel cell power generation stopping method according to claim 4,
The step (c) is a method for stopping power generation of a fuel cell, which is performed after the step (b). 請求項４または５に記載の燃料電池の発電停止方法において、
前記工程（ａ）は、
前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記燃料電池への前記アノードガスの供給を停止すると共に、前記アノード排ガス循環系におけるアノード排ガスの循環を停止する、燃料電池の発電停止方法。 In the fuel cell power generation stopping method according to claim 4 or 5,
The step (a)
A method for stopping power generation of a fuel cell, wherein the supply of the anode gas to the fuel cell is stopped while the power generation of the fuel cell is continued, and the circulation of the anode exhaust gas in the anode exhaust gas circulation system is stopped. 請求項４ないし６のいずれか一つに記載の燃料電池の発電停止方法において、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、前記燃料電池に前記アノードガスを供給させる工程を、さらに備える、燃料電池の発電停止方法。 In the fuel cell power generation stopping method according to any one of claims 4 to 6,
(D) A method for stopping power generation of a fuel cell, further comprising a step of supplying the anode gas to the fuel cell after the step (c).
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