JP2010262937A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素を担体とした電極触媒を有する燃料電池システムに係り、特に起動停止時の制御を改善して触媒劣化を防止した燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having an electrode catalyst using carbon as a carrier, and more particularly to a fuel cell system in which control at the time of starting and stopping is improved to prevent catalyst deterioration.
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化剤ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。 In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidant gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.
一般に、固体高分子型燃料電池の構成単位であるセルは、高分子電解質膜の両面に電極触媒層を形成した膜電極構造体（ＭＥＡ）と、燃料極側に燃料ガスとしての水素を供給するセパレータと、酸化剤極側に酸化剤ガスとしての空気を供給するセパレータとを備えて構成されている。これらの電極触媒層は、通常白金等の触媒と、触媒担体としての炭素が使用されている（例えば特許文献１）。 In general, a cell which is a constituent unit of a polymer electrolyte fuel cell supplies a membrane electrode structure (MEA) in which electrode catalyst layers are formed on both sides of a polymer electrolyte membrane and hydrogen as a fuel gas to the fuel electrode side. The separator includes a separator and a separator that supplies air as an oxidant gas to the oxidant electrode side. These electrode catalyst layers usually use a catalyst such as platinum and carbon as a catalyst carrier (for example, Patent Document 1).
固体高分子型燃料電池において、アノードに水素ガスが、カソードに空気（又は酸素）が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。 In a polymer electrolyte fuel cell, hydrogen gas is supplied to the anode and air (or oxygen) is supplied to the cathode, and the electrode reaction shown below proceeds to generate electric power.
（化１）
アノード（水素極）：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１）
カソード（酸素極）：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋(1/2)Ｏ2 →Ｈ2Ｏ …（２）
燃料電池の電解質膜には反応触媒としてプラチナ微粒子などが塗られる。プラチナは高価であるため、一般的には炭素を担体として炭素の表面に塗られる。
(Chemical formula 1)
Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
The electrolyte membrane of the fuel cell is coated with platinum fine particles as a reaction catalyst. Since platinum is expensive, it is generally applied to the surface of carbon using carbon as a carrier.
しかしながら、上記従来の固体高分子型燃料電池の電解質膜にあっては、燃料電池システムの停止時、放置時、或いは起動時に、カソードで電解質膜上の炭素と水が反応して炭素被毒が起こり、電解質膜及び電極触媒が劣化するという問題点があった。 However, in the electrolyte membrane of the conventional polymer electrolyte fuel cell, when the fuel cell system is stopped, left standing, or started, carbon and water on the electrolyte membrane react at the cathode to cause carbon poisoning. As a result, the electrolyte membrane and the electrode catalyst deteriorated.
この現象を図１を参照して、さらに詳しく説明する。図１（ａ）は、燃料電池の起動／停止時のセル内の様子を説明する模式図である。図１（ｂ）の左側は、起動／停止時に炭素被毒が発生する条件を説明する表である。 This phenomenon will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic diagram for explaining a state in a cell when the fuel cell is started / stopped. The left side of FIG. 1 (b) is a table for explaining the conditions under which carbon poisoning occurs during start / stop.
燃料電池システムの運転停止時に、カソードとアノードにそれぞれ酸素と水素が残った状態で負荷の接続を切り離して放置したとき、また、起動時にアノードに水素を供給し始めたときには、アノードは水素と酸素が混在した状態となる。 When the fuel cell system is shut down, when the load is disconnected and left with oxygen and hydrogen remaining on the cathode and anode, respectively, or when hydrogen starts to be supplied to the anode at start-up, the anode Will be mixed.
このとき、アノードからカソードへプロトン（Ｈ+ ）が移動し、移動したプロトンとカソードの酸素が反応して水が生成される。この反応では電子（ｅ- ）が必要とされるが、負荷が接続されていないため負荷電流は停止し、アノードからカソードへ電子が負荷を通じて移動できない。そのため、カソードに存在する水と電解質膜上の触媒担持炭素とが反応して、二酸化炭素とプロトンと電子が生成する。こうして生成された電子がカソード水生成反応に使われる。このとき電解質膜上の炭素が奪われて、電解質膜が劣化する。 At this time, protons (H + ) move from the anode to the cathode, and the transferred proton and the oxygen at the cathode react to generate water. In this reaction, electrons (e − ) are required. However, since the load is not connected, the load current stops and electrons cannot move from the anode to the cathode through the load. Therefore, the water present on the cathode reacts with the catalyst-supporting carbon on the electrolyte membrane to generate carbon dioxide, protons, and electrons. The generated electrons are used for the cathodic water generation reaction. At this time, carbon on the electrolyte membrane is deprived and the electrolyte membrane deteriorates.
アノードでは水素が存在する領域と空気が存在する領域とが混在している。アノードの水素が存在する領域では、水素が解離してプロトンと電子が生じる。アノードの空気が存在する領域では、酸素と、カソードから移動したプロトンと、水素のプロトン化で生じた電子とが反応して水が生成される。 In the anode, a region where hydrogen is present and a region where air is present are mixed. In the region where anode hydrogen exists, hydrogen dissociates and protons and electrons are generated. In the region where the air of the anode exists, oxygen, protons moved from the cathode, and electrons generated by protonation of hydrogen react to generate water.
燃料電池の開放端電圧が高いと電子の移動が起こりやすくなり、これらの化学反応が促進されて電解質膜の炭素被毒が激しくなる。 When the open-circuit voltage of the fuel cell is high, the movement of electrons easily occurs, and these chemical reactions are promoted, and the carbon poisoning of the electrolyte membrane becomes intense.
以上を纏めると、燃料電池の停止時及び停止後の放置時には、カソードに空気（酸素）が残っていること、アノードに水素が残っていて外部から空気（酸素）が流入してくること、電力取り出しが停止していること、開放端電圧が高いことにより、電解質膜状のプラチナ触媒担体の炭素が被毒を起こす条件が成立する。 In summary, when the fuel cell is stopped and left after it is stopped, air (oxygen) remains at the cathode, hydrogen remains at the anode and air (oxygen) flows from the outside, The condition that the carbon of the electrolyte membrane-like platinum catalyst carrier is poisoned is established by the fact that the extraction is stopped and the open-circuit voltage is high.
また、燃料電池の起動時には、カソードに空気（酸素）が外部から入ってきていること、アノードに水素供給が開始され、空気（酸素）と水素とが混ざっていること、アノードに水素が満たされるまで電力取り出しが停止していること、開放端電圧が高いことにより、電解質膜状のプラチナ触媒担体の炭素が被毒を起こす条件が成立する。 In addition, when the fuel cell is started, air (oxygen) enters the cathode from the outside, hydrogen supply to the anode is started, air (oxygen) and hydrogen are mixed, and the anode is filled with hydrogen. The condition that the carbon of the electrolyte membrane-like platinum catalyst carrier is poisoned is established by the fact that the electric power extraction is stopped until the open-circuit voltage is high.
電解質膜の触媒担持炭素の被毒は、燃料電池出力のＩ−Ｖ特性に影響を及ぼす。即ち同一出力電流を取り出したときに炭素被毒したものは被毒しないものより出力電圧が低下し、大きな発電電力を得ることができなくなる。 The poisoning of the catalyst-supported carbon in the electrolyte membrane affects the IV characteristics of the fuel cell output. That is, when the same output current is taken out, the carbon poisoned one has a lower output voltage than the one that is not poisoned, and a large generated power cannot be obtained.
本発明は上記問題点に鑑み、燃料電池システムの停止時に、アノードとカソード間に高い開放端電圧が生じないようにして燃料電池の劣化を防止することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to prevent deterioration of a fuel cell by preventing a high open-end voltage from being generated between an anode and a cathode when the fuel cell system is stopped.
上記問題点を解決するため、本発明は、燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池のカソードに空気を供給する空気供給手段と、燃料電池の運転状態として、燃料電池のセル群の電圧、または燃料電池の総電圧を検出する運転状態検出手段と、燃料電池に前記空気供給手段からの空気供給を停止した状態でカソードの酸素消費を行う燃料電池劣化防止制御手段と、前記運転状態検出手段の出力に基づいてカソード酸素消費が所定以上となったか否かを判断するカソード酸素消費判断手段と、アノードから排出された未反応燃料ガスを再度アノードに循環させる燃料ガス循環装置と、前記燃料ガス循環装置を制御する燃料ガス循環制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、燃料電池システムの停止時に、前記空気供給手段によりカードへの空気供給を停止後、前記燃料電池劣化防止制御手段による制御を開始し、前記カソード酸素消費判断手段がカソードの酸素が消費されたと判断した後に、前記燃料ガス循環制御手段は、前記燃料ガス循環装置を停止させることを要旨とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel gas supply means for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell, an air supply means for supplying air to the cathode of the fuel cell, and an operating state of the fuel cell. Operating state detecting means for detecting the voltage of the battery cell group or the total voltage of the fuel cell, and fuel cell deterioration preventing control means for consuming oxygen at the cathode while the air supply from the air supplying means to the fuel cell is stopped And a cathode oxygen consumption determining means for determining whether or not the cathode oxygen consumption has exceeded a predetermined value based on the output of the operating state detecting means, and a fuel gas for circulating the unreacted fuel gas discharged from the anode to the anode again A fuel cell system comprising a circulation device and a fuel gas circulation control means for controlling the fuel gas circulation device, when the fuel cell system is stopped, After the air supply to the card is stopped by the air supply means, control by the fuel cell deterioration prevention control means is started, and after the cathode oxygen consumption determination means determines that the cathode oxygen has been consumed, the fuel gas circulation control The means is to stop the fuel gas circulation device.
本発明によれば、燃料電池を劣化させることなく燃料電池システムを停止させることができるという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that the fuel cell system can be stopped without deteriorating the fuel cell.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に説明する実施例は、燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment described below is a fuel cell system suitable for a fuel cell vehicle.
図２は、本発明に係る燃料電池システムの基本構成を示す図である。図中の１０１は、燃料電池システムに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段、１０２は燃料電池システムの運転状態を検出する運転状態検出手段であり、１０３は、１０１と１０２の出力に基づいて燃料電池に空気供給手段からの空気供給を停止した状態でカソードの酸素消費を行う燃料電池劣化防止制御手段である。１０４は１０２の出力に基づいてカソードで酸素が消費されたことを判断するカソード酸素消費判断手段であり、１０５は、１０１と１０４の出力に基づいて燃料ガス循環装置の制御を行う燃料ガス循環制御手段である。 FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of the fuel cell system according to the present invention. In the figure, 101 is a fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell system, 102 is an operating state detecting means for detecting the operating state of the fuel cell system, and 103 is a fuel based on the outputs of 101 and 102. This is fuel cell deterioration prevention control means for consuming oxygen at the cathode while the supply of air from the air supply means to the battery is stopped. Reference numeral 104 denotes cathode oxygen consumption determining means for determining that oxygen has been consumed at the cathode based on the output of 102, and reference numeral 105 denotes fuel gas circulation control for controlling the fuel gas circulation device based on the outputs of 101 and 104. Means.
図３は、本発明に係る燃料電池システムの一実施例を示すシステム構成図である。図３の構成要素と図２との対応は、水素タンク２，水素タンク元弁３，減圧弁３０１，水素供給弁４及びエゼクタ５が燃料ガス供給手段１０１に相当する。 FIG. 3 is a system configuration diagram showing an embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The correspondence between the components in FIG. 3 and FIG. 2 is that the hydrogen tank 2, the hydrogen tank main valve 3, the pressure reducing valve 301, the hydrogen supply valve 4 and the ejector 5 correspond to the fuel gas supply means 101.
また、電圧センサ２１が運転状態検出手段１０２に相当し，カソード酸素消費制御手段２６が燃料電池劣化防止制御手段１０３，空気極酸素消費制御手段１０４及び燃料ガス循環制御手段１０５に相当する。 The voltage sensor 21 corresponds to the operating state detection unit 102, and the cathode oxygen consumption control unit 26 corresponds to the fuel cell deterioration prevention control unit 103, the air electrode oxygen consumption control unit 104, and the fuel gas circulation control unit 105.
図３において、燃料電池（燃料電池本体）１は、特に限定されないが内部加湿型であり、アノード１ａ、カソード１ｂ、電解質膜１ｃ、多孔質のセパレータ１ｄ，１ｅ、純水により反応ガスを加湿するための純水極１ｆ、１ｇ、純水極１ｇと冷却水流路１ｉを分離するセパレータ１ｈ、冷却水流路１ｉを備えている。 In FIG. 3, a fuel cell (fuel cell main body) 1 is an internal humidification type, although not particularly limited, and humidifies a reaction gas with an anode 1a, a cathode 1b, an electrolyte membrane 1c, porous separators 1d and 1e, and pure water. For this purpose, a pure water electrode 1f, 1g, a separator 1h for separating the pure water electrode 1g and the cooling water channel 1i, and a cooling water channel 1i are provided.
アノード１ａへの水素供給は、水素タンク２から水素タンク元弁３、減圧弁３０１、水素供給弁４を通じてなされる。水素タンク２から供給される高圧水素は、減圧弁３０１で機械的に所定の中間圧力まで減圧され、水素供給弁４で中間圧力が所望の水素圧まで減圧制御されてアノード１ａへ供給される。 Hydrogen is supplied to the anode 1 a from the hydrogen tank 2 through the hydrogen tank main valve 3, the pressure reducing valve 301, and the hydrogen supply valve 4. The high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank 2 is mechanically reduced to a predetermined intermediate pressure by the pressure reducing valve 301, and the intermediate pressure is controlled to be reduced to a desired hydrogen pressure by the hydrogen supply valve 4 and supplied to the anode 1a.
燃料電池システム全体の制御は、システム全体のシーケンスを制御するシーケンスコントローラ３０の下に、カソード１ｂの空気圧力を制御する空気圧力制御手段２２，アノード１ａの水素圧力を制御する水素圧力制御手段２３，冷却水温度を制御する冷却水温度制御手段２４，低温環境下での燃料電池停止時に純水を純水タンク１３へ回収するように制御する純水回収制御手段２５，燃料電池の起動時及び停止時にカソードの酸素消費を制御するカソード酸素消費制御手段２６を備えている。 The control of the entire fuel cell system is performed under the sequence controller 30 for controlling the sequence of the entire system, the air pressure control means 22 for controlling the air pressure of the cathode 1b, the hydrogen pressure control means 23 for controlling the hydrogen pressure of the anode 1a, Cooling water temperature control means 24 for controlling the cooling water temperature, pure water recovery control means 25 for controlling the recovery of the pure water to the pure water tank 13 when the fuel cell is stopped in a low temperature environment, and starting and stopping the fuel cell Cathode oxygen consumption control means 26 for controlling the oxygen consumption of the cathode is sometimes provided.
エゼクタ５及び水素循環ポンプ８は、水素供給弁４から供給される新規水素とアノード１ａで消費されなかった水素とを混合してアノード１ａに供給する再循環を行わせるための燃料ガス循環装置として設置されている。水素循環ポンプ８はエゼクタ５が作動しない水素流量の領域で水素循環機能を補うために設置されている。 The ejector 5 and the hydrogen circulation pump 8 serve as a fuel gas circulation device for mixing the new hydrogen supplied from the hydrogen supply valve 4 and the hydrogen that has not been consumed by the anode 1a and performing the recirculation supplied to the anode 1a. is set up. The hydrogen circulation pump 8 is installed to supplement the hydrogen circulation function in the hydrogen flow rate region where the ejector 5 does not operate.
本実施例によれば燃料ガス循環装置として水素循環ポンプを用いるので、精密な水素流量制御ができる。尚、燃料電池の運転状態が大きく変動しないような用途には、燃料ガス循環装置としてエゼクタのみを用いる構成として、システム構成を簡易にすることができる。 According to the present embodiment, since the hydrogen circulation pump is used as the fuel gas circulation device, precise hydrogen flow rate control can be performed. For applications where the operating state of the fuel cell does not fluctuate significantly, the system configuration can be simplified by using only the ejector as the fuel gas circulation device.
エゼクタ５及び水素循環ポンプ８は、図２の燃料ガス循環制御手段１０５から循環／停止が制御される燃料ガス循環装置である。エゼクタ５は、燃料ガス循環制御手段１０５から循環／停止の制御を受けるために、アノード１ａから排出されたアノードオフガスを吸い込む吸込口を開閉するシャット弁を内蔵している。 The ejector 5 and the hydrogen circulation pump 8 are fuel gas circulation devices whose circulation / stop is controlled by the fuel gas circulation control means 105 of FIG. The ejector 5 incorporates a shut valve that opens and closes a suction port for sucking in the anode off gas discharged from the anode 1a in order to receive the circulation / stop control from the fuel gas circulation control means 105.
アノード１ａの水素圧は、水素圧力制御手段２３が圧力センサ６ａで検出した圧力をフィードバックして水素供給弁４を駆動することによって制御される。水素圧を一定に制御することによって、燃料電池が消費した分だけの水素が自動的に補われる。 The hydrogen pressure of the anode 1a is controlled by driving the hydrogen supply valve 4 by feeding back the pressure detected by the hydrogen pressure control means 23 with the pressure sensor 6a. By controlling the hydrogen pressure to be constant, the hydrogen consumed by the fuel cell is automatically compensated.
アノード１ａと希釈ブロア９との間に設けられたパージ弁７は、次の（１）から（３）に示すような場合に開く。（１）水素循環機能を確保するために、水素系内に蓄積した窒素を排出する。（２）セル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばす。（３）燃料電池の劣化を防止するために、起動時にアノード１ａのみガスを供給してカソード１ｂの酸素を電力消費させるカソード酸素消費制御を行いつつ水素系内のガスを水素置換する。また停止時にもカソード酸素消費制御をおこなう。 The purge valve 7 provided between the anode 1a and the dilution blower 9 is opened in the following cases (1) to (3). (1) Discharge nitrogen accumulated in the hydrogen system in order to ensure the hydrogen circulation function. (2) In order to recover the cell voltage, the water clogged in the gas flow path is blown away. (3) In order to prevent deterioration of the fuel cell, the gas in the hydrogen system is replaced with hydrogen while performing cathode oxygen consumption control in which only the anode 1a is supplied at startup and oxygen in the cathode 1b is consumed. The cathode oxygen consumption control is also performed when the engine is stopped.
希釈ブロア９は、パージ弁７から排出される水素を可燃濃度未満の水素濃度になるように空気で希釈してシステム外へ排出する。 The dilution blower 9 dilutes the hydrogen discharged from the purge valve 7 with air so that the hydrogen concentration is lower than the flammable concentration, and discharges the hydrogen outside the system.
カソード１ｂへの空気はコンプレッサ１０から供給される。カソード１ｂの空気圧は、カソード入口に設けられた圧力センサ６ｂで検出される。空気圧力制御手段２２は、圧力センサ６ｂが検出した圧力をフィードバック制御して空気調圧弁１１を駆動することによって、カソード空気圧を所望の値に制御する。 Air to the cathode 1b is supplied from the compressor 10. The air pressure of the cathode 1b is detected by a pressure sensor 6b provided at the cathode inlet. The air pressure control means 22 controls the cathode air pressure to a desired value by feedback-controlling the pressure detected by the pressure sensor 6b and driving the air pressure regulating valve 11.
純水極１ｆ、１ｇが使用する加湿用の純水は、純水タンク１３から純水ポンプ１２により供給される。空気圧、水素圧、純水圧は、発電効率や水収支を考慮して設定されるとともに、電解質膜１ｃやセパレータ１ｄ，１ｅに歪みを生じないように所定の差圧に管理される。純水極１ｆ、１ｇに供給された純水の一部は、多孔質のセパレータ１ｄ，１ｅを介してアノードの水素、カソードの空気をそれぞれ加湿する。純水の残部は、純水シャット弁１４ｄを介して純水タンク１３へ戻る。 The pure water for humidification used by the pure water electrodes 1 f and 1 g is supplied from the pure water tank 13 by the pure water pump 12. The air pressure, the hydrogen pressure, and the pure water pressure are set in consideration of the power generation efficiency and the water balance, and are managed at a predetermined differential pressure so as not to cause distortion in the electrolyte membrane 1c and the separators 1d and 1e. Part of the pure water supplied to the pure water electrodes 1f and 1g humidifies the hydrogen of the anode and the air of the cathode through the porous separators 1d and 1e, respectively. The remaining pure water returns to the pure water tank 13 via the pure water shut valve 14d.
純水回収制御手段２５は、純水回収弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び純水シャット弁１４ｄを駆動することによって、燃料電池１の純水極１ｆ、１ｇ及び純水系配管内の純水をコンプレッサ１０がカソード１ｂに供給する空気圧で純水タンク１３へ回収する。純水が純水極１ｆ、１ｇに残ったままの状態で燃料電池システムを停止すると、氷点下においては純水が凍結膨張して燃料電池１が破損する可能性があるため、純水を純水タンク１３へ回収する。尚、純水タンク１３内部で純水が凍結しても、純水タンク１３が破損しないように構造上の工夫がされている。 The pure water recovery control means 25 drives the pure water recovery valves 14a, 14b, 14c and the pure water shut valve 14d, thereby supplying the pure water electrodes 1f, 1g of the fuel cell 1 and the pure water in the pure water system pipe 10 to the compressor 10. Is recovered in the pure water tank 13 by the air pressure supplied to the cathode 1b. If the fuel cell system is stopped with the pure water remaining in the pure water electrodes 1f and 1g, the pure water may be frozen and expanded below freezing and the fuel cell 1 may be damaged. Collect into the tank 13. It should be noted that structural measures are taken so that the pure water tank 13 is not damaged even if the pure water freezes inside the pure water tank 13.
純水シャット弁１４ｄは、純水配管への水素リークを抑制する開閉弁である。燃料電池システムの起動、停止時に、純水が純水極１ｆ、１ｇに循環していない状態で水素をアノード１ａへ供給する場合に、純水回収弁１４ｂ及び純水シャット弁１４ｄを閉じることによって、純水配管への水素リークを抑制することができる。 The pure water shut valve 14d is an on-off valve that suppresses hydrogen leakage to the pure water pipe. By closing the pure water recovery valve 14b and the pure water shut valve 14d when hydrogen is supplied to the anode 1a in a state where pure water is not circulating to the pure water electrodes 1f and 1g when the fuel cell system is started and stopped. In addition, hydrogen leakage to the pure water pipe can be suppressed.
燃料電池１内部の冷却水流路１ｉへの冷却水は、冷却水ポンプ１５により供給される。三方弁１６は、冷却水の流路をラジエタ１７方向とラジエタバイパス方向に切り替えや分流する。ラジエタファン１８は、走行風によるラジエタ１７の冷却が十分でないときに、ラジエタ１７へ風を通過させて冷却水を冷やす。冷却水の温度は、冷却水温度制御手段２４が温度センサ１９で検出した冷却水温度をフィードバックして三方弁１６とラジエタファン１８を駆動することによって調整される。 Cooling water to the cooling water flow path 1 i inside the fuel cell 1 is supplied by a cooling water pump 15. The three-way valve 16 switches or diverts the flow path of the cooling water between the direction of the radiator 17 and the direction of the radiator bypass. When the radiator 17 is not sufficiently cooled by the traveling wind, the radiator fan 18 passes the wind to the radiator 17 and cools the cooling water. The temperature of the cooling water is adjusted by driving the three-way valve 16 and the radiator fan 18 by feeding back the cooling water temperature detected by the temperature sensor 19 by the cooling water temperature control means 24.
パワーマネージャー２０は、燃料電池１から電力を取り出して図示しない車両駆動モータなどの負荷装置へ電力を供給する。 The power manager 20 extracts power from the fuel cell 1 and supplies power to a load device such as a vehicle drive motor (not shown).
カソード酸素消費制御手段２６は、燃料電池システムの起動時及び停止時に、コンプレッサ１０での空気供給を停止させ、電圧センサ２１で検出された燃料電池電圧および経過時間に応じて、燃料電池１から電力を取り出して、カソード１ｂの酸素を消費させるカソード酸素消費制御に用いる。 The cathode oxygen consumption control means 26 stops the air supply in the compressor 10 at the start and stop of the fuel cell system, and the electric power is supplied from the fuel cell 1 according to the fuel cell voltage detected by the voltage sensor 21 and the elapsed time. Is taken out and used for cathode oxygen consumption control for consuming oxygen of the cathode 1b.
次にフローチャートを参照して、本実施形態における燃料電池システムの起動制御及び停止制御を説明する。図６が起動シーケンス、図７が停止シーケンスのゼネラルフローチャートである。これらのシーケンスは、シーケンスコントローラ３０の主導の下、空気圧力制御手段２２，水素圧力制御手段２３，純水回収制御手段２５、及びカソード酸素消費制御手段２６の協働により実行される。 Next, the start control and stop control of the fuel cell system in the present embodiment will be described with reference to a flowchart. FIG. 6 is a general flowchart of a start sequence and FIG. 7 is a stop sequence. These sequences are executed by the cooperation of the air pressure control means 22, the hydrogen pressure control means 23, the pure water recovery control means 25, and the cathode oxygen consumption control means 26 under the leadership of the sequence controller 30.
図６の燃料電池システム起動シーケンスでは、まずステップＳ１０で、水素供給弁４にアイドリング時の水素供給圧力を指定するとともに、水素タンク元弁３を開くことにより、水素タンク２から燃料電池１のアノード１ａへの水素供給を開始する。次いで、ステップＳ１２では、電圧センサ２１により燃料電池１のセル群電圧あるいは総電圧を検出し、シーケンスコントローラ３０へ読み込む。 In the fuel cell system startup sequence of FIG. 6, first, in step S10, the hydrogen supply pressure at the time of idling is designated to the hydrogen supply valve 4, and the hydrogen tank main valve 3 is opened, so that the anode of the fuel cell 1 is removed from the hydrogen tank 2. The hydrogen supply to 1a is started. Next, in step S <b> 12, the cell group voltage or the total voltage of the fuel cell 1 is detected by the voltage sensor 21 and read into the sequence controller 30.
ステップＳ１４では、ステップＳ１２の電圧検出結果に基づいて、劣化防止制御を開始するかどうかを判断する。この判断には、検出電圧値と所定値とを比較し、検出電圧値が所定値以上となっていれば、劣化防止制御を開始するために、ステップＳ１６へ移る。 In step S14, it is determined whether to start the deterioration prevention control based on the voltage detection result in step S12. In this determination, the detected voltage value is compared with a predetermined value, and if the detected voltage value is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step S16 in order to start the deterioration prevention control.
ここで、電圧センサ２１が燃料電池１のセル群の電圧を検出するものであれば、検出したセル群電圧の最大値を電圧検出値として、所定値と比較する。 Here, if the voltage sensor 21 detects the voltage of the cell group of the fuel cell 1, the maximum value of the detected cell group voltage is compared with a predetermined value as the voltage detection value.
この比較対象の所定値は、予め実験などで求めた燃料電池１の劣化が生じる電圧よりも小さい値を設定する。ステップＳ１４で、検出電圧値が所定値未満の場合には、ステップＳ１２へ戻る。 The predetermined value to be compared is set to a value smaller than the voltage at which deterioration of the fuel cell 1 is obtained in advance through experiments or the like. If the detected voltage value is less than the predetermined value in step S14, the process returns to step S12.
ステップＳ１６では、燃料電池の劣化防止のために、カソード１ｂの空気供給は停止したまま、アノード１ａへ水素供給を継続し、カソード酸素消費制御手段２６でパワーマネージャー２０にカソード酸素消費のための燃料電池１からの電力取り出しを指示する（図２の燃料電池劣化防止制御手段１０３に相当）。このステップＳ１６での劣化防止用電力取り出し制御は、通常発電と同様にパワーマネージャ２０等のデバイスで燃料電池１から電力（電流）を取り出す方法でもよいし、外部に準備した抵抗器等を接続する方法でもよい。 In step S16, in order to prevent deterioration of the fuel cell, the supply of hydrogen to the anode 1a is continued while the supply of air to the cathode 1b is stopped, and the cathode oxygen consumption control means 26 sends the fuel for consumption of cathode oxygen to the power manager 20. An instruction to take out power from the battery 1 is given (corresponding to the fuel cell deterioration prevention control means 103 in FIG. 2). The deterioration prevention power extraction control in step S16 may be a method of extracting electric power (current) from the fuel cell 1 with a device such as the power manager 20 as in the case of normal power generation, or connecting an externally prepared resistor or the like. The method may be used.
次いでステップＳ１８で、カソード１ｂの酸素量を推定し、ステップＳ２０ではカソードｂで酸素が所定量以上消費されたかどうかを判定する。 Next, in step S18, the oxygen amount of the cathode 1b is estimated, and in step S20, it is determined whether or not oxygen is consumed by a predetermined amount or more at the cathode b.
このステップＳ１８におけるカソード酸素量の推定方法は、複数のセルからなるセル群の電圧の最大値を検出する方法でもよいし、燃料電池の総電圧を検出する方法でもよい。ステップＳ２０では、セル群電圧の最大値または総電圧値が所定値以下となったときにカソード酸素が所定量以上消費されたと判定する。 The method for estimating the cathode oxygen amount in step S18 may be a method for detecting the maximum value of the voltage of the cell group composed of a plurality of cells, or a method for detecting the total voltage of the fuel cell. In step S20, it is determined that a predetermined amount or more of the cathode oxygen has been consumed when the maximum value or the total voltage value of the cell group voltage is equal to or less than a predetermined value.
また、カソードで空気中の酸素が消費されると、アノードからカソードへ電解質膜１ｃを透過（クロスオーバ）した水素が酸素と反応できなくなるため、パージ弁７等の空気系の経路の一部から水素が排出されたことを検知する方法でもよく、劣化防止用電力取り出しを開始してからの経過時間を計測する方法でもよい。また、これらの方法は単独でもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。 Further, when oxygen in the air is consumed at the cathode, hydrogen that has permeated (crossed over) the electrolyte membrane 1c from the anode to the cathode can no longer react with oxygen, and therefore from a part of the air system path such as the purge valve 7 or the like. A method of detecting that hydrogen has been discharged may be used, or a method of measuring an elapsed time after starting to take out power for preventing deterioration may be used. Moreover, these methods may be used alone or in combination.
燃料電池のカソードの経路の一部から燃料ガスが排出されたことを検知したときにカソードの酸素が消費されたと判断する構成とする場合、酸素消費を適切に判断することが可能となり、酸素消費を確実に検知してから次のステップに制御を進めることができる。 When it is determined that the oxygen of the cathode is consumed when it is detected that the fuel gas is discharged from a part of the cathode path of the fuel cell, it is possible to appropriately determine the oxygen consumption. It is possible to proceed to the next step after reliably detecting.
劣化防止制御の継続時間が所定時間を経過したときに、カソードの酸素が消費されたと判断する構成とする場合、制御ソフトの作成を容易に行うことができる。 When it is determined that the cathode oxygen has been consumed when the continuation time of the deterioration prevention control has passed the predetermined time, the control software can be easily created.
ステップＳ２０でカソードの酸素がまだ消費されていないと判断された場合は、ステップＳ１８へ戻り、酸素が消費されたと判断した場合はステップＳ２２へ進む。 If it is determined in step S20 that the cathode oxygen has not yet been consumed, the process returns to step S18, and if it is determined that oxygen has been consumed, the process proceeds to step S22.
このように、カソードの酸素が消費されるまでは燃料ガス循環装置である水素循環ポンプ及びエゼクタに循環機能を起動しないようにしたので、この間は水素流量が少なく、燃料電池電圧の増加速度が遅くなり、燃料電池電圧が所定以上となったこと（所定の運転状態）が成立したことや、カソードの酸素が消費された（酸素濃度が所定以下に低下した）ことの判断がしやすい、また劣化防止制御の開始、終了タイミングを図り易い。 In this way, the hydrogen circulation pump and ejector, which are fuel gas circulation devices, are not activated until the cathode oxygen is consumed, so the hydrogen flow rate is low during this period, and the fuel cell voltage increases slowly. Therefore, it is easy to judge that the fuel cell voltage has exceeded the predetermined value (predetermined operating state) or that the cathode oxygen has been consumed (the oxygen concentration has dropped below the predetermined value). It is easy to start and stop prevention control.
また、燃料循環路内に残留した水素が燃料電池のアノードに流れ込む等が無くなり、燃料電池アノードに供給される水素量が安定するため燃料電池電圧の立ち上がりが緩やかになる。 In addition, hydrogen remaining in the fuel circulation path is prevented from flowing into the anode of the fuel cell, and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell anode is stabilized, so that the rise of the fuel cell voltage becomes gradual.
ステップＳ２２では、燃料ガス循環装置の制御を開始し、ステップＳ２４ではアノード１ａの水素置換が終了したかどうかを判断する。 In step S22, control of the fuel gas circulation device is started, and in step S24, it is determined whether or not the hydrogen replacement of the anode 1a is completed.
ステップＳ２４でアノード１ａの水素置換がまだ終了していないと判断した場合には、ステップＳ２４に留まり、アノード１ａの水素置換が終了したと判断した場合には、ステップＳ２６へ進んで通常の発電を開始し、起動制御シーケンスを終了する。 If it is determined in step S24 that the hydrogen replacement of the anode 1a has not been completed, the process stays in step S24. If it is determined that the hydrogen replacement of the anode 1a has been completed, the process proceeds to step S26 and normal power generation is performed. Start and end the startup control sequence.
図７の燃料電池システム停止シーケンスでは、まずステップＳ３０で、パワーマネージャー２０に燃料電池１から通常電力取り出しの停止を指示することで、燃料電池１からの通常電力の取り出しを停止し、ステップＳ３２でコンプレッサ１０を停止させてカソード１ｂへの空気供給を停止する。 In the fuel cell system stop sequence of FIG. 7, first, in step S30, the power manager 20 is instructed to stop normal power extraction from the fuel cell 1, thereby stopping normal power extraction from the fuel cell 1, and in step S32. The compressor 10 is stopped and the air supply to the cathode 1b is stopped.
次いで、ステップＳ３４で、アノード１ａには水素供給を継続した状態で、燃料電池１から劣化防止用の電力取り出し開始をパワーマネージャー２０に指示する。このステップＳ３４での劣化防止用電力取り出し制御は、通常発電と同様にパワーマネージャ２０等のデバイスで燃料電池１から電力（電流）を取り出す方法でもよいし、別途準備した抵抗器等を接続する方法でもよい。 Next, in step S34, the power manager 20 is instructed to start taking out power for preventing deterioration from the fuel cell 1 while supplying hydrogen to the anode 1a. The deterioration prevention power extraction control in step S34 may be a method of extracting power (current) from the fuel cell 1 with a device such as the power manager 20 as in the case of normal power generation, or a method of connecting a separately prepared resistor or the like. But you can.
燃料電池の起動停止制御時の劣化防止のための電力取り出しにおいて、パワーマネージャーによって通常発電時と同様に電力取り出しを行う場合、新たな装置の追加を行うことなく劣化防止制御を実現することができる。 When taking out power to prevent deterioration during start-stop control of the fuel cell, when taking out power in the same way as during normal power generation by the power manager, it is possible to realize deterioration prevention control without adding a new device. .
また燃料電池の起動停止制御時の劣化防止のための電力取り出しにおいて、別途準備した抵抗器等により電力取り出しを行う場合、劣化防止制御中のエネルギの消費方法を考える必要がなく、容易に劣化防止制御システムを構築することができる。 In addition, when taking out power to prevent deterioration during start-stop control of the fuel cell, when taking out power using a separately prepared resistor, etc., it is not necessary to consider the energy consumption method during deterioration prevention control, and it is easy to prevent deterioration. A control system can be constructed.
次いで、ステップＳ３６でカソードの酸素量を推定し、ステップＳ３８ではカソード１ｂの酸素が所定量以上消費されたかどうかを判断する。 Next, in step S36, the amount of oxygen at the cathode is estimated, and in step S38, it is determined whether or not a predetermined amount or more of oxygen has been consumed in the cathode 1b.
このステップＳ３６におけるカソード酸素量推定方法は、複数のセルからなるセル群の電圧の最大値を検出する方法でもよいし、燃料電池の総電圧を検出する方法でもよい。ステップＳ３８では、セル群電圧の最大値または総電圧値が所定値以下となったときにカソード酸素が所定量以上消費されたと判定する。 The cathode oxygen amount estimation method in step S36 may be a method for detecting the maximum value of the voltage of a cell group composed of a plurality of cells, or a method for detecting the total voltage of the fuel cell. In step S38, it is determined that a predetermined amount or more of the cathode oxygen has been consumed when the maximum value or the total voltage value of the cell group voltage is equal to or less than a predetermined value.
また、カソードで空気中の酸素が消費されると、アノードからカソードへ電解質膜１ｃを透過（クロスオーバ）した水素が酸素と反応できなくなるため、パージ弁７等の空気系の経路の一部から水素が排出されたことを検知する方法でもよく、劣化防止用電力取り出しを開始してからの経過時間を計測する方法でもよい。また、これらの方法は単独でもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。 Further, when oxygen in the air is consumed at the cathode, hydrogen that has permeated (crossed over) the electrolyte membrane 1c from the anode to the cathode can no longer react with oxygen, and therefore from a part of the air system path such as the purge valve 7 or the like. A method of detecting that hydrogen has been discharged may be used, or a method of measuring an elapsed time after starting to take out power for preventing deterioration may be used. Moreover, these methods may be used alone or in combination.
ステップＳ３８で酸素が消費されていないと判断した場合には、ステップＳ３６へ戻り、酸素が消費されたと判断した場合には、ステップＳ４０へ進む。 If it is determined in step S38 that oxygen is not consumed, the process returns to step S36. If it is determined that oxygen is consumed, the process proceeds to step S40.
ステップＳ４０では、燃料電池１から劣化防止用の電力取り出し停止をパワーマネージャー２０に指示する。ステップＳ４２では、水素タンク元弁３を閉じることによりアノード１ａへの水素供給を停止する。このとき同時に水素供給弁４を閉じても良い。 In step S <b> 40, the power manager 20 is instructed to stop taking out power for preventing deterioration from the fuel cell 1. In step S42, the hydrogen supply to the anode 1a is stopped by closing the hydrogen tank main valve 3. At this time, the hydrogen supply valve 4 may be closed at the same time.
Ｓ４２で水素供給を停止した後、ステップＳ４４で燃料ガス循環装置であるエゼクタ５及び水素循環ポンプ８の制御を停止する。ステップＳ４６では外気温度等を参照して純水回収を行うか否かを判定し、純水回収を行う場合には、純水回収終了後にシステム全体を停止し、燃料電池システムの停止シーケンスを終了する。 After stopping the hydrogen supply in S42, the control of the ejector 5 and the hydrogen circulation pump 8, which are fuel gas circulation devices, is stopped in Step S44. In step S46, it is determined whether or not to collect pure water by referring to the outside air temperature or the like. If pure water recovery is to be performed, the entire system is stopped after the pure water recovery is completed, and the stop sequence of the fuel cell system is ended. To do.
以下、本発明の効果を比較例及び本実施例のタイムチャートを参照して説明する。 Hereinafter, the effects of the present invention will be described with reference to comparative examples and time charts of the present example.
図４は比較例、図５は本実施例における、（ａ）水素供給、（ｂ）燃料電池のセル群電圧又は総電圧（燃料電池電圧）、（ｃ）劣化防止制御、（ｄ）カソード酸素量、（ｅ）水素循環をそれぞれ示す。 FIG. 4 shows a comparative example, and FIG. 5 shows (a) hydrogen supply, (b) fuel cell cell group voltage or total voltage (fuel cell voltage), (c) deterioration prevention control, and (d) cathode oxygen. The amount and (e) hydrogen circulation are shown respectively.
比較例では、燃料電池システムの起動と同時に水素循環装置を起動する場合を示す。時刻ｔ０において、燃料ガス（水素）を所定の圧力（あるいは流量）へ制御してアノードへ供給開始すると同時に水素循環装置を起動する。これにより急速にアノードへ水素が供給され、（ｂ）の燃料電池電圧は急上昇を始める。 The comparative example shows a case where the hydrogen circulation device is started simultaneously with the start of the fuel cell system. At time t0, the fuel gas (hydrogen) is controlled to a predetermined pressure (or flow rate) and supply to the anode is started, and at the same time, the hydrogen circulation device is started. As a result, hydrogen is rapidly supplied to the anode, and the fuel cell voltage in (b) starts to rise rapidly.
燃料電池電圧が劣化防止制御しきい値Ｖｐを超えたとき（これを時刻ｔ１とする）に、劣化防止制御を開始し、その結果、燃料電池から電力取り出し（発電）が行われてカソードの酸素量が減少する。 When the fuel cell voltage exceeds the deterioration prevention control threshold value Vp (this is time t1), the deterioration prevention control is started. As a result, electric power is taken out (power generation) from the fuel cell, and oxygen in the cathode The amount decreases.
しかし、この場合、燃料ガスの供給開始制御と水素循環装置の循環開始制御を同時にしているため、燃料電池電圧の上昇速度が速く、同じ劣化防止制御電圧しきい値Ｖｐで劣化防止制御を開始（ｔ１）したとしても、水素循環経路に存在していた水素の量によっては劣化防止制御を開始したあとの電圧が劣化しきい値Ｖｄを超えてしまい、結果的に燃料電池をわずかに劣化させてしまう場合があるという問題がある。 However, in this case, since the fuel gas supply start control and the hydrogen circulation device circulation start control are simultaneously performed, the fuel cell voltage rises quickly, and the deterioration prevention control is started at the same deterioration prevention control voltage threshold Vp. Even after (t1), depending on the amount of hydrogen present in the hydrogen circulation path, the voltage after the start of the deterioration prevention control exceeds the deterioration threshold value Vd, resulting in a slight deterioration of the fuel cell. There is a problem that it may end up.
そこで本実施例では、図５に示すように、時刻ｔ０で燃料ガス（水素）を所定の圧力（あるいは流量）へ制御しても水素循環装置は起動せず、燃料電池のセル電圧あるいは総電圧上昇は水素供給手段からの水素供給量のみに依存するようにして電圧上昇速度のばらつきを小さくする。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, even if the fuel gas (hydrogen) is controlled to a predetermined pressure (or flow rate) at time t0, the hydrogen circulation device does not start, and the cell voltage or total voltage of the fuel cell is not activated. The increase is dependent only on the amount of hydrogen supplied from the hydrogen supply means to reduce the variation in the voltage increase rate.
また、燃料電池への水素供給量を抑制することで電圧上昇速度も小さく抑制し、図５（ｂ）のように燃料電池電圧が劣化防止制御しきい値Ｖｐに達した時点（ｔ１’＞ｔ１）で劣化防止制御を起動しても燃料電池電圧が劣化しきい値Ｖｄを超えることがない。その後、カソードの酸素量が所定量まで減少した時点（ｔ２＞ｔ１’）で水素循環装置を起動して循環経路の水素置換を行うことで、燃料電池を劣化させることなくシステムを起動することができる。 Further, by suppressing the amount of hydrogen supplied to the fuel cell, the voltage increase rate is also suppressed to a small value, and when the fuel cell voltage reaches the deterioration prevention control threshold value Vp as shown in FIG. 5B (t1 ′> t1). ), The fuel cell voltage does not exceed the deterioration threshold value Vd even if the deterioration prevention control is started. Thereafter, when the oxygen amount of the cathode is reduced to a predetermined amount (t2> t1 ′), the hydrogen circulation device is activated to perform hydrogen replacement in the circulation path, so that the system can be activated without deteriorating the fuel cell. it can.
また比較例では、起動時に燃料電池のアノード内には水素が全く無く、燃料ガス循環系路の一部に水素が残っていた場合、水素循環ポンプを動かすと、この残留水素がアノードに到達することにより、供給水素が急増したのと同じことになる。カソードに酸素がある状態でこのような状態となると電圧が急増する場合がある。これに対して本実施例では、カソードに酸素がなくなってから循環ポンプを動かすことで電圧急増を防止できる。 Further, in the comparative example, when there is no hydrogen in the anode of the fuel cell at the time of start-up and hydrogen remains in a part of the fuel gas circulation system, the residual hydrogen reaches the anode when the hydrogen circulation pump is moved. This is the same as a sudden increase in hydrogen supply. In such a state with oxygen in the cathode, the voltage may increase rapidly. On the other hand, in this embodiment, a rapid increase in voltage can be prevented by moving the circulation pump after oxygen is exhausted from the cathode.
１…燃料電池
２…水素タンク
３…水素タンク元弁
４…水素供給弁
５…エゼクタ
６ａ、６ｂ…圧力センサ
７…パージ弁
８…水素循環ポンプ
９…希釈ブロア
１０…コンプレッサ
１１…空気調圧弁
１２…純水ポンプ
１３…純水タンク
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…純水回収弁
１４ｄ…純水シャット弁
１５…冷却水ポンプ
１６…三方弁
１７…ラジエタ
１８…ラジエタファン
１９…温度センサ
２０…パワーマネージャー
２１…電圧センサ
２２…空気圧力制御手段
２３…水素圧力制御手段
２４…冷却水温度制御手段
２５…純水回収制御手段
２６…カソード酸素消費制御手段
３０…シーケンスコントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Hydrogen tank 3 ... Hydrogen tank main valve 4 ... Hydrogen supply valve 5 ... Ejector 6a, 6b ... Pressure sensor 7 ... Purge valve 8 ... Hydrogen circulation pump 9 ... Dilution blower 10 ... Compressor 11 ... Air pressure regulating valve 12 ... Pure water pump 13 ... Pure water tanks 14a, 14b, 14c ... Pure water recovery valve 14d ... Pure water shut valve 15 ... Cooling water pump 16 ... Three-way valve 17 ... Radiator 18 ... Radiator fan 19 ... Temperature sensor 20 ... Power manager 21 ... Voltage sensor 22 ... Air pressure control means 23 ... Hydrogen pressure control means 24 ... Cooling water temperature control means 25 ... Pure water recovery control means 26 ... Cathode oxygen consumption control means 30 ... Sequence controller
Claims (9)
燃料電池のカソードに空気を供給する空気供給手段と、
燃料電池の運転状態として、燃料電池のセル群の電圧、または燃料電池の総電圧を検出する運転状態検出手段と、
燃料電池に前記空気供給手段からの空気供給を停止した状態でカソードの酸素消費を行う燃料電池劣化防止制御手段と、
前記運転状態検出手段の出力に基づいてカソード酸素消費が所定以上となったか否かを判断するカソード酸素消費判断手段と、
アノードから排出された未反応燃料ガスを再度アノードに循環させる燃料ガス循環装置と、
前記燃料ガス循環装置を制御する燃料ガス循環制御手段と、
を備えた燃料電池システムであって、
燃料電池システムの停止時に、
前記空気供給手段によりカードへの空気供給を停止後、前記燃料電池劣化防止制御手段による制御を開始し、
前記カソード酸素消費判断手段がカソードの酸素が消費されたと判断した後に、前記燃料ガス循環制御手段は、前記燃料ガス循環装置を停止させることを特徴とする燃料電池システム。 Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell;
Air supply means for supplying air to the cathode of the fuel cell;
As the operating state of the fuel cell, an operating state detecting means for detecting the voltage of the fuel cell group or the total voltage of the fuel cell;
Fuel cell deterioration prevention control means for consuming oxygen at the cathode in a state where the air supply from the air supply means to the fuel cell is stopped;
Cathode oxygen consumption determination means for determining whether or not the cathode oxygen consumption is equal to or higher than a predetermined value based on the output of the operating state detection means;
A fuel gas circulation device for circulating unreacted fuel gas discharged from the anode to the anode again;
Fuel gas circulation control means for controlling the fuel gas circulation device;
A fuel cell system comprising:
When the fuel cell system is stopped,
After stopping the air supply to the card by the air supply means, start the control by the fuel cell deterioration prevention control means,
The fuel gas system, wherein the fuel gas circulation control means stops the fuel gas circulation device after the cathode oxygen consumption judgment means judges that the cathode oxygen has been consumed.
前記カソード酸素消費判断手段は、前記電圧センサが検出したセル群の電圧の最大値が所定値を下回ったときに、カソードの酸素が消費されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The operating state detecting means is a voltage sensor that detects a voltage of a cell group composed of a plurality of cells of a fuel cell,
The cathode oxygen consumption determining means determines that the oxygen of the cathode is consumed when the maximum value of the voltage of the cell group detected by the voltage sensor falls below a predetermined value. Fuel cell system.
前記カソード酸素消費判断手段は、前記電圧センサが検出した総電圧値が所定値を下回ったときに、カソードの酸素が消費されたと判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。 The operating state detection means is a voltage sensor that detects the total voltage of the fuel cell,
The cathode oxygen consumption determining means determines that the oxygen of the cathode is consumed when the total voltage value detected by the voltage sensor falls below a predetermined value. Fuel cell system.
前記カソード酸素消費判断手段は、前記燃料ガス検出手段が燃料ガスの排出を検出したときに、カソードの酸素が消費されたと判断することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。 A fuel gas detection means for detecting that the fuel gas is discharged from a part of the air system path of the fuel cell;
4. The cathode oxygen consumption determining means determines that the cathode oxygen has been consumed when the fuel gas detecting means detects the discharge of fuel gas. The fuel cell system described in 1.
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Legal Events
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| A02 | Decision of refusal |
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