JP2012059557A - Fuel cell system - Google Patents

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Junpei Ogawa
純平 小河
Takahisa Ogino
貴久 荻野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To discharge water collected in a fuel cell with appropriate timing while power generation is stopped.SOLUTION: While a fuel cell 1 is stopped, a control unit 50 estimates, by using a temperature difference between a temperature detected by a temperature sensor 63 when the fuel cell 1 is stopped and a current temperature detected by the temperature sensor 63, a present condensed water quantity in the fuel cell 1 based on a preliminarily created condensed water map showing the relationship between the temperature difference and the condensed water quantity in the fuel cell 1; estimates, by using a pressure difference between an anode pressure detected by a pressure sensor 62 when the fuel cell 1 is stopped and a current anode pressure detected by the pressure sensor 62, a quantity of water generated in the fuel cell 1 after the fuel cell 1 is stopped based on a preliminarily created generated water map showing the relationship between the pressure difference and the quantity of water generated in the fuel cell 1; and if the sum of the current condensed water quantity and the generated water quantity after the fuel cell 1 is stopped exceeds a prescribed water quantity which affects stable startup of the fuel cell 1, executes anode scavenging by scavenging means.

Description

この発明は、燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system.

固体高分子電解質膜を有し、アノード極に燃料を供給されカソード極に酸化剤を供給されて発電を行う燃料電池では、燃料電池の停止中に、燃料電池内の水が過多になると、電極上に水が溜まって、次回起動時の発電安定性が悪化してしまう。   In a fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by supplying fuel to the anode electrode and supplying an oxidant to the cathode electrode, if the water in the fuel cell becomes excessive while the fuel cell is stopped, the electrode Water accumulates on the top and power generation stability at the next start-up deteriorates.

そこで、起動時の発電安定性を悪化させないように、燃料電池内のガス流路に掃気ガスを供給して流路内の流体を排出する、いわゆる掃気を実施している。
例えば、特許文献1には、燃料電池の停止時に、停止直前の燃料電池の温度と発電電流と発電電圧とに基づいて燃料電池内の水分量が多い状態か否かを検出し、水分量が多い状態の場合にはカソード極側のみを掃気ガスで掃気し、水分量が少ない状態の場合にはカソード極側とアノード極側に分けて順番に掃気ガスで掃気する燃料電池システムが記載されている。
Therefore, so-called scavenging is performed in which scavenging gas is supplied to the gas flow path in the fuel cell and the fluid in the flow path is discharged so as not to deteriorate the power generation stability at the time of startup.
For example, in Patent Document 1, when a fuel cell is stopped, it is detected whether or not the amount of water in the fuel cell is large based on the temperature of the fuel cell, the generated current, and the generated voltage immediately before the stop. A fuel cell system is described in which only the cathode electrode side is scavenged with scavenging gas when there are many, and the cathode electrode side and anode electrode side are separately scavenged with scavenging gas when the amount of moisture is low. Yes.

特許文献2には、燃料電池のガス流路内を掃気ガスにより加減圧することで燃料電池内に残留する水の排出(掃気)を行う燃料電池システムであって、燃料電池の停止時に、燃料電池内に残留する水分量を予測し、残留水分量の予測結果に基づいて残留水除去が必要か否かを判定するとともに、残留水分量の予測結果に基づいて前記加減圧の回数を決定する燃料電池システムが記載されている。
なお、これら特許文献に開示された燃料電池システムでは、イグニッションスイッチのオフ直後、すなわち燃料電池の停止直後に、掃気処理を実施している。
Patent Document 2 discloses a fuel cell system that discharges (scavenges) water remaining in a fuel cell by boosting and depressurizing the gas flow path of the fuel cell with a scavenging gas. Predict the amount of water remaining in the battery, determine whether or not residual water removal is necessary based on the prediction result of the residual water amount, and determine the number of times of pressure increase / decrease based on the prediction result of the residual water amount A fuel cell system is described.
In the fuel cell systems disclosed in these patent documents, the scavenging process is performed immediately after the ignition switch is turned off, that is, immediately after the fuel cell is stopped.

特開2007−123040号公報JP 2007-123040 A 特開2008−10347号公報JP 2008-10347 A

ところで、従来のように燃料電池の停止直後に掃気ガスで掃気をすると、停止から次の起動までの時間が短く、結果的には掃気の必要がなかった場合にも掃気を実施してしまうことがあり、エネルギーを浪費してしまうこととなる。特に、アノード極を掃気ガスで掃気してしまうと、アノード極に連なるガス流路に燃料がない状態となるので、次回起動時には発電前に前記ガス流路に燃料を供給して掃気ガスを燃料に置換する必要がある。これを、停止から起動までの時間が短く結果的に掃気の必要がなかった場合に行ったときには、燃料が無駄になる。
そこで、最近では、燃料電池の停止直後は掃気をせず、燃料電池が停止してから所定時間が経過した後に掃気を実施している。
By the way, when scavenging with scavenging gas immediately after stopping the fuel cell as in the past, the time from the stop to the next activation is short, and as a result, scavenging is performed even when there is no need for scavenging. There will be wasted energy. In particular, if the anode electrode is scavenged with scavenging gas, there will be no fuel in the gas flow path connected to the anode electrode. Need to be replaced. When this is performed when the time from stop to start is short and consequently scavenging is not necessary, fuel is wasted.
Therefore, recently, scavenging is not performed immediately after the fuel cell is stopped, but is performed after a predetermined time has elapsed since the fuel cell was stopped.

その場合、燃料電池の状態に関わらず、燃料電池の停止から所定時間が経過したときに掃気を実施しているため、掃気を実施する前に、燃料電池内に水が溜まっている状況で燃料電池を起動させてしまう事態も起こり得る。そのような事態になると起動時の発電安定性が悪化するという課題がある。また、発電安定性が悪化した状態で発電を続けることとなるため、固体高分子電解質膜の劣化が進んでしまうという課題もある。   In this case, since the scavenging is performed when a predetermined time has elapsed since the fuel cell was stopped regardless of the state of the fuel cell, the fuel is stored in a state where water is accumulated in the fuel cell before the scavenging is performed. A situation where the battery is activated may also occur. In such a situation, there is a problem that the power generation stability at the time of startup deteriorates. Moreover, since power generation is continued in a state where power generation stability is deteriorated, there is a problem that the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane is advanced.

なお、特許文献1に開示されている燃料電池内の水分量の検出方法は、停止直前の燃料電池の発電電流と発電電圧とに基づいて、停止時において水分量が多いか少ないかを相対的に評価しているだけであり、燃料電池内の水分量を定量的に推定しているわけではない。   Note that the method for detecting the amount of water in the fuel cell disclosed in Patent Document 1 is based on the power generation current and power generation voltage of the fuel cell immediately before the stop, and determines whether the amount of water at the time of stop is large or small. However, the water content in the fuel cell is not quantitatively estimated.

また、特許文献2に開示されている燃料電池内に残留する水分量の予測方法は、停止中に燃料電池のガス流路に酸化剤ガスを流し、そのときに発生する燃料電池の入口と出口の差圧に基づいて残留水分量を推定している。この方法は、推定する度に酸化剤ガスを流すためにコンプレッサを起動しエネルギーを使用することから、特許文献2に記載されているように発電停止直後に1回だけ推定する場合には問題ないが、燃料電池の停止中に残留水分量の推定を複数回行う場合には適さない。   Further, the method for predicting the amount of water remaining in the fuel cell disclosed in Patent Document 2 is such that an oxidant gas is caused to flow through the gas flow path of the fuel cell during stoppage, and the fuel cell inlet and outlet generated at that time The residual moisture content is estimated based on the differential pressure. Since this method starts the compressor and uses energy to flow the oxidant gas every time it is estimated, there is no problem in estimating only once immediately after the power generation is stopped as described in Patent Document 2. However, it is not suitable when the residual moisture amount is estimated multiple times while the fuel cell is stopped.

そこで、この発明は、発電停止中に燃料電池内に溜まった水を適正なタイミングで排出して、発電安定性を向上することができる燃料電池システムを提供するものである。   Therefore, the present invention provides a fuel cell system that can improve the power generation stability by discharging water accumulated in the fuel cell at an appropriate timing during power generation stoppage.

この発明に係る燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項1に係る発明は、アノード極に燃料を供給されカソード極に酸化剤を供給されて発電を行う燃料電池(例えば、後述する実施例における燃料電池1)と、前記燃料電池の温度を検出する温度センサ(例えば、後述する実施例における温度センサ63)と、前記燃料電池の前記アノード極に連なる燃料系ガス流路(例えば、後述する実施例における燃料供給流路16a、アノードオフガス流路21、アノード掃気流路23、掃気排出流路30)内の燃料の圧力を検出する圧力センサ(例えば、後述する実施例における圧力センサ62)と、前記燃料系ガス流路内の流体を排出用ガスを供給して排出する掃気手段(例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ7、掃気導入弁22、掃気排出弁29)と、前記掃気手段を制御する制御部(例えば、後述する実施例における制御装置50)と、を備える燃料電池システムであって、前記制御部は、前記燃料電池の停止中に、停止した際に前記温度センサで検出された温度と前記温度センサで検出された現在の温度との温度差を、予め求められた温度差と燃料電池内の凝縮水量との関係に用いて現在の前記燃料電池内の凝縮水量を推定し、停止した際に前記圧力センサで検出された圧力と前記圧力センサで検出された現在の圧力との圧力差を、予め求められた圧力差と燃料電池内の生成水量との関係に用いて前記燃料電池内の停止後生成水量を推定し、前記現在の凝縮水量と前記停止後生成水量との和が、前記燃料電池の安定起動に影響を与える所定水量を超える場合に、前記掃気手段による排出を実施することを特徴とするシステムである。
The fuel cell system according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 1 is a fuel cell (for example, a fuel cell 1 in an embodiment described later) that supplies power to the anode electrode and supplies an oxidant to the cathode electrode, and detects the temperature of the fuel cell. A temperature sensor (for example, a temperature sensor 63 in an embodiment to be described later), and a fuel gas channel (for example, a fuel supply channel 16a and an anode off-gas channel 21 in an embodiment to be described later) connected to the anode electrode of the fuel cell. , An anode scavenging flow path 23, a scavenging discharge flow path 30), a pressure sensor for detecting the pressure of the fuel (for example, a pressure sensor 62 in an embodiment described later), and a fluid in the fuel system gas flow path for discharging gas Scavenging means (for example, a compressor 7, a scavenging introduction valve 22, and a scavenging discharge valve 29 in an embodiment to be described later) and a control unit (for controlling the scavenging means) For example, the control unit 50) in a later-described embodiment includes a temperature detected by the temperature sensor when the fuel cell is stopped and the temperature. When the temperature difference from the current temperature detected by the sensor is used for the relationship between the temperature difference determined in advance and the amount of condensed water in the fuel cell, the current amount of condensed water in the fuel cell is estimated and stopped. Stopping in the fuel cell by using the pressure difference between the pressure detected by the pressure sensor and the current pressure detected by the pressure sensor as a relationship between the pressure difference determined in advance and the amount of water generated in the fuel cell. Estimating the amount of post-generated water, and performing discharge by the scavenging means when the sum of the current amount of condensed water and the amount of generated water after stopping exceeds a predetermined amount of water that affects the stable start-up of the fuel cell. Characteristic system It is.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記制御部は、前記燃料電池の停止以降、前記圧力センサで検出される圧力の履歴を記憶し、前記圧力センサで検出される現在の圧力がこれまでの圧力よりも低い場合には、前記温度センサで検出される現在の温度が高いほど前記停止後生成水量が大きくなるように補正することを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the control unit stores a history of pressure detected by the pressure sensor after the fuel cell is stopped, and is detected by the pressure sensor. When the current pressure is lower than the previous pressure, correction is performed so that the amount of generated water after the stop increases as the current temperature detected by the temperature sensor increases.

請求項1に係る発明によれば、燃料電池を停止してから現在までの間に燃料電池内に生じたと推定される凝縮水量と停止後生成水量の合計が、燃料電池の安定起動に影響を与える所定水量を越えたときに、アノード極に連なる燃料系ガス流路に排出用ガスを流してアノード極側に溜まった水を排出する掃気を実施するので、次回起動時に、燃料電池を安定して起動することができる。その結果、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
また、掃気を実施するか否かの判定には、燃料電池の温度を検出する温度センサと、燃料系ガス流路内の圧力を検出する圧力センサを起動するだけであるので、判定時の消費エネルギーを極めて小さく抑えることができる。
請求項2に係る発明によれば、温度が高いほど燃料と酸化剤との反応が促進されるため停止後生成水量が多くなるのを補正することができ、その結果、停止後生成水量の推定精度が向上する。
According to the first aspect of the present invention, the sum of the amount of condensed water estimated to have occurred in the fuel cell between the time when the fuel cell is stopped and the present time and the amount of generated water after the stop affect the stable start of the fuel cell. When the specified amount of water is exceeded, scavenging is performed to flow the exhaust gas through the fuel system gas flow path connected to the anode electrode and discharge the water accumulated on the anode electrode side. Can be started. As a result, deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell can be suppressed.
In addition, since it is only necessary to activate a temperature sensor that detects the temperature of the fuel cell and a pressure sensor that detects the pressure in the fuel system gas flow path to determine whether or not to perform scavenging. Energy can be kept extremely small.
According to the second aspect of the present invention, the higher the temperature, the more the reaction between the fuel and the oxidant is promoted, so that it is possible to correct the increase in the amount of generated water after the stop. Accuracy is improved.

この発明に係る燃料電池システムの実施例における概略構成図である。It is a schematic block diagram in the Example of the fuel cell system concerning this invention. 掃気タイミング決定手順を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the scavenging timing determination procedure. 実施例におけるシステム停止制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the system stop control in an Example. 実施例において用いられる凝縮水マップである。It is a condensed water map used in an Example. 実施例において用いられる生成水マップである。It is a production | generation water map used in an Example.

以下、この発明に係る燃料電池システムの実施例を図1から図5の図面を参照して説明する。
図1は、実施例における燃料電池システムの概略構成図であり、この燃料電池システムは燃料電池車両に搭載されている。
燃料電池1は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード極とカソード極とで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており、アノード極に燃料ガス(燃料)として水素を供給し、カソード極に酸化剤ガス(酸化剤)として酸素を含む空気を供給すると、アノード極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード極まで移動して、カソード極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード極側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード極側に逆拡散するため、アノード極側にも生成水が存在する。
Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in an embodiment, and this fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle.
The fuel cell 1 is configured by laminating a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane from both sides between an anode electrode and a cathode electrode. When hydrogen is supplied as (fuel) and oxygen-containing air is supplied as the oxidant gas (oxidant) to the cathode electrode, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode. It moves to the pole and generates electricity by causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode pole to produce water. Part of the generated water generated on the cathode electrode side permeates the solid polymer electrolyte membrane and back diffuses to the anode electrode side, so that the generated water also exists on the anode electrode side.

空気はスーパーチャージャーなどのコンプレッサ7により所定圧力に加圧され、空気供給流路8を通って燃料電池1内の酸化剤流通路6に導入され、各セルのカソード極に供給される。燃料電池1に供給された空気は発電に供された後、燃料電池1からカソード極側の生成水と共に空気排出流路9に排出され、圧力制御弁10を介して希釈ボックス11へ排出される。
空気供給流路8には、燃料電池1の酸化剤流通路6に供給される空気の圧力を検出するカソード入口圧力センサ61が設けられている。カソード入口圧力センサ61は検出した圧力値に応じた電気信号を制御装置(制御部)50に出力する。なお、カソード入口圧力センサ61により検出される圧力は、酸化剤流通路6内の空気の圧力にほぼ等しい。
The air is pressurized to a predetermined pressure by a compressor 7 such as a supercharger, introduced into the oxidant flow passage 6 in the fuel cell 1 through the air supply flow path 8, and supplied to the cathode electrode of each cell. After the air supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 1 to the air discharge passage 9 together with the generated water on the cathode electrode side, and is discharged to the dilution box 11 via the pressure control valve 10. .
The air supply flow path 8 is provided with a cathode inlet pressure sensor 61 that detects the pressure of air supplied to the oxidant flow passage 6 of the fuel cell 1. The cathode inlet pressure sensor 61 outputs an electrical signal corresponding to the detected pressure value to the control device (control unit) 50. Note that the pressure detected by the cathode inlet pressure sensor 61 is substantially equal to the pressure of air in the oxidant flow passage 6.

一方、水素タンク15から供給される水素は燃料供給流路16を介して燃料電池1内の燃料流通路5に導入され、各セルのアノード極に供給される。燃料供給流路16には、上流側から順に、ガス供給弁17、遮断弁18、レギュレータ19、エゼクタ20が設けられており、水素タンク15から供給された水素はレギュレータ19によって所定圧力に減圧されて燃料電池1の燃料流通路5に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素は、燃料電池1からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス流路21を通ってエゼクタ20に吸引され、水素タンク15から供給される新鮮な水素と合流し再び燃料電池1の燃料流通路5に供給される。すなわち、燃料電池1から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス流路21、およびエゼクタ20よりも下流の燃料供給流路16aを通って、燃料電池1を循環する。
エゼクタ20よりも下流の燃料供給流路16aと空気供給流路8は、掃気導入弁22を備えたアノード掃気流路23によって接続されており、アノード掃気流路23を介して燃料供給流路16aに空気を導入可能となっている。
このアノード掃気流路23との合流点よりも下流側の燃料供給流路16aには、燃料電池1の燃料流通路5に供給される水素の圧力を検出するアノード入口圧力センサ62が設けられている。アノード入口圧力センサ62は検出した圧力値に応じた電気信号を制御装置50に出力する。なお、アノード入口圧力センサ62により検出される圧力は、燃料流通路5内の水素の圧力にほぼ等しい。
On the other hand, the hydrogen supplied from the hydrogen tank 15 is introduced into the fuel flow passage 5 in the fuel cell 1 through the fuel supply passage 16 and supplied to the anode electrode of each cell. A gas supply valve 17, a shut-off valve 18, a regulator 19, and an ejector 20 are provided in the fuel supply flow path 16 in order from the upstream side, and the hydrogen supplied from the hydrogen tank 15 is reduced to a predetermined pressure by the regulator 19. To the fuel flow passage 5 of the fuel cell 1. Unreacted hydrogen that has not been consumed is discharged from the fuel cell 1 as an anode off-gas, sucked into the ejector 20 through the anode off-gas passage 21, and merged with fresh hydrogen supplied from the hydrogen tank 15 again. It is supplied to the fuel flow path 5 of the fuel cell 1. That is, the anode offgas discharged from the fuel cell 1 circulates in the fuel cell 1 through the anode offgas passage 21 and the fuel supply passage 16a downstream of the ejector 20.
The fuel supply passage 16a and the air supply passage 8 downstream of the ejector 20 are connected by an anode scavenging passage 23 having a scavenging introduction valve 22, and the fuel supply passage 16a is connected via the anode scavenging passage 23. It is possible to introduce air into.
An anode inlet pressure sensor 62 that detects the pressure of hydrogen supplied to the fuel flow passage 5 of the fuel cell 1 is provided in the fuel supply flow passage 16a downstream of the junction with the anode scavenging flow passage 23. Yes. The anode inlet pressure sensor 62 outputs an electrical signal corresponding to the detected pressure value to the control device 50. Note that the pressure detected by the anode inlet pressure sensor 62 is substantially equal to the hydrogen pressure in the fuel flow passage 5.

アノードオフガス流路21には、アノードオフガスに含まれる凝縮水を捕集するキャッチタンク24が設けられており、エゼクタ20には凝縮水を除去された水素が供給されるようになっている。キャッチタンク24は、排水弁25を備えた排水流路26を介して希釈ボックス11に接続されており、キャッチタンク24に所定量の水が溜まると排水弁25が開き、溜まった水をアノードオフガスで押し出し、希釈ボックス11にアノードオフガスとともに排出する。   The anode off-gas flow path 21 is provided with a catch tank 24 that collects condensed water contained in the anode off-gas, and the ejector 20 is supplied with hydrogen from which condensed water has been removed. The catch tank 24 is connected to the dilution box 11 via a drainage flow path 26 provided with a drainage valve 25. When a predetermined amount of water accumulates in the catch tank 24, the drainage valve 25 opens, and the accumulated water is anode offgas. And is discharged into the dilution box 11 together with the anode off gas.

また、キャッチタンク24よりも下流のアノードオフガス流路21からは、パージ弁27を備えたパージ流路28と、掃気排出弁29を備えた掃気排出流路30とが分岐し、パージ流路28と掃気排出流路30は希釈ボックス11に接続されている。
パージ弁27は、燃料電池1の発電時において、通常は閉じており、所定の条件が満たされたときに開いて、アノードオフガス中に含まれる不純物をアノードオフガスとともに希釈ボックス11へ排出する。
掃気排出弁29は通常は閉じており、燃料電池システムの停止中にアノード極側を掃気するときに開いて掃気ガスを希釈ボックス11に排出する。掃気については後で詳述する。
A purge flow path 28 having a purge valve 27 and a scavenging discharge flow path 30 having a scavenging discharge valve 29 are branched from the anode off-gas flow path 21 downstream of the catch tank 24. The scavenging / discharge passage 30 is connected to the dilution box 11.
The purge valve 27 is normally closed during power generation of the fuel cell 1 and opens when a predetermined condition is satisfied, and discharges impurities contained in the anode off gas to the dilution box 11 together with the anode off gas.
The scavenging discharge valve 29 is normally closed, and is opened when scavenging the anode side while the fuel cell system is stopped, and discharges the scavenging gas to the dilution box 11. The scavenging will be described in detail later.

また、希釈ボックス11には空気供給流路8から分岐した希釈ガス流路31が接続されている。希釈ガス流路31に設けられた開閉弁32は、燃料電池1を通さずに希釈ガス(空気)を希釈ボックス11に供給する場合に開かれる。
そして、排水流路26、パージ流路28、掃気排出流路30を介して希釈ボックス11に排出されたアノードオフガスは、空気排出流路9または希釈ガス流路31を介して希釈ボックス11に流入する空気によって希釈され、希釈されたガスが希釈ボックス11から排気管33を介して大気に排出される。
また、燃料電池1には、燃料電池1内の温度を検出する温度センサ63が設けられており、温度センサ63は検出した温度値に応じた電気信号を制御装置50に出力する。
A dilution gas flow path 31 branched from the air supply flow path 8 is connected to the dilution box 11. The on-off valve 32 provided in the dilution gas channel 31 is opened when supplying the dilution gas (air) to the dilution box 11 without passing through the fuel cell 1.
Then, the anode off-gas discharged to the dilution box 11 via the drainage flow path 26, the purge flow path 28, and the scavenging discharge flow path 30 flows into the dilution box 11 via the air discharge flow path 9 or the dilution gas flow path 31. The diluted gas is discharged from the dilution box 11 through the exhaust pipe 33 to the atmosphere.
Further, the fuel cell 1 is provided with a temperature sensor 63 that detects the temperature in the fuel cell 1, and the temperature sensor 63 outputs an electrical signal corresponding to the detected temperature value to the control device 50.

制御装置50は、イグニッションスイッチ51から入力したオン・オフ信号に基づいて燃料電池システムの起動・停止を制御し、燃料電池1の出力制御等、制御内容に応じて、コンプレッサ7、圧力制御弁10、ガス供給弁17、遮断弁18、掃気導入弁22、排水弁25、パージ弁27、掃気排出弁29、開閉弁32等を制御する。なお、図1ではこれらの制御信号線を省略している。   The control device 50 controls the start / stop of the fuel cell system based on the on / off signal input from the ignition switch 51, and the compressor 7 and the pressure control valve 10 according to the control contents such as output control of the fuel cell 1. The gas supply valve 17, the shutoff valve 18, the scavenging introduction valve 22, the drain valve 25, the purge valve 27, the scavenging discharge valve 29, the on-off valve 32, and the like are controlled. In FIG. 1, these control signal lines are omitted.

また、制御装置50には、制御装置50の停止中に所定のインターバルで制御装置50を起動させるためのタイマ52が接続されており、燃料電池システムの停止中(すなわち、制御装置50の停止中)に、タイマ52にセットされた時間が経過すると制御装置50が起動せしめられるようになっている。以下、このように停止中の制御装置50を所定のインターバルで起動する制御をRTC(Real Time Clock)制御と称す。RTC制御は、消費電力を抑制することができるので、燃費向上の効果がある。   The control device 50 is connected to a timer 52 for starting the control device 50 at a predetermined interval while the control device 50 is stopped, so that the fuel cell system is stopped (that is, the control device 50 is stopped). ), When the time set in the timer 52 elapses, the control device 50 is started. Hereinafter, the control for starting the stopped control device 50 at a predetermined interval is referred to as RTC (Real Time Clock) control. Since RTC control can suppress power consumption, it has an effect of improving fuel consumption.

この燃料電池システムでは、燃料電池1の停止中に燃料電池1内に溜まった水によって次回起動時に発電安定性が悪化しないように、所定のタイミングで、燃料電池1およびガス流路内に空気(排出用ガス)を流して水を排出する掃気を行う。そして、この掃気のタイミングを決定するために、燃料電池1内のアノード側に溜まった水(以下、残留水という)の量を推定する。残留水量の推定は、燃料電池システムの停止中、常時実施するのではなく、RTC制御によって制御装置50が起動されたときに実施する。制御装置50は、推定された残留水量が所定値以上であるときには掃気処理を実施し、所定値よりも少ないときには制御装置50を再び停止して次のインターバルを待つ。   In this fuel cell system, air (into the fuel cell 1 and the gas flow path at a predetermined timing so that the power generation stability does not deteriorate at the next start-up due to water accumulated in the fuel cell 1 while the fuel cell 1 is stopped. Scavenging to discharge water by flowing the gas for discharge. In order to determine the timing of this scavenging, the amount of water accumulated on the anode side in the fuel cell 1 (hereinafter referred to as residual water) is estimated. The estimation of the residual water amount is not always performed while the fuel cell system is stopped, but is performed when the control device 50 is activated by RTC control. The control device 50 performs a scavenging process when the estimated residual water amount is equal to or greater than a predetermined value, and stops the control device 50 again and waits for the next interval when it is less than the predetermined value.

ここで、燃料電池1の停止中においてアノード極側に溜まる残留水について図2の図面を参照して説明する。
燃料電池1の停止中にアノード極側のガス流路内に水が発生する要因としては次の二つが考えられる。
Here, the residual water accumulated on the anode electrode side when the fuel cell 1 is stopped will be described with reference to the drawing of FIG.
There are two possible causes for the generation of water in the gas flow path on the anode electrode side when the fuel cell 1 is stopped.

(1)燃料電池1内に反応ガスを残留させ各反応ガス流路を封止して停止すると、燃料電池1内の温度低下に伴って、ガス流路内に存在していた水蒸気が結露して凝縮水が発生する。発生する凝縮水量は、燃料電池1内の湿度がほぼ一定に制御されている場合、燃料電池1を停止してから現在までの燃料電池1の温度低下量に関係し、温度低下量が大きいほど凝縮水量は多くなる。 (1) When the reaction gas remains in the fuel cell 1 and each reaction gas channel is sealed and stopped, the water vapor existing in the gas channel is condensed as the temperature in the fuel cell 1 decreases. Condensate is generated. The amount of condensed water generated is related to the amount of temperature decrease of the fuel cell 1 from when the fuel cell 1 is stopped to the present when the humidity in the fuel cell 1 is controlled to be substantially constant. The amount of condensed water increases.

(2)燃料電池1内のアノード極側に大気圧よりも高い圧力で水素を、カソード極側に大気圧の空気を残留させたまま、燃料電池1の各反応ガス流路を封止して停止すると、カソード極側の酸素が燃料電池1の固体高分子電解質膜をアノード極側に透過(以下、酸素のクロスリークという)するため、アノード極側において水素と酸素が反応し、アノード極側に生成水が発生する。発生する生成水量は反応に消費された水素量に関係し、消費された水素量が多くなるほど、アノード極側のガス圧力(以下、アノード圧力という)は低下する。したがって、アノード圧力の低下量が大きいほど生成水量は多くなる。但し、アノード圧力がカソード極側の圧力と平衡してほぼ大気圧になると酸素のクロスリークが止まり、水素と酸素の反応が起こらなくなるので生成水量はそれ以上増加しない。また、生成水量は、燃料電池1内の温度に関係し、燃料電池1内の温度が高いほど反応が活発になるので、生成水量も多くなる。 (2) Sealing each reaction gas flow path of the fuel cell 1 while keeping hydrogen at a pressure higher than atmospheric pressure on the anode side in the fuel cell 1 and air at atmospheric pressure remaining on the cathode side When stopped, oxygen on the cathode side permeates the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 to the anode side (hereinafter referred to as oxygen cross-leakage), so that hydrogen and oxygen react on the anode side and the anode side Generated water is generated. The amount of generated water is related to the amount of hydrogen consumed in the reaction, and as the amount of consumed hydrogen increases, the gas pressure on the anode electrode side (hereinafter referred to as anode pressure) decreases. Therefore, the amount of generated water increases as the amount of decrease in anode pressure increases. However, when the anode pressure is balanced with the pressure on the cathode electrode side and becomes almost atmospheric pressure, the oxygen cross-leak stops and the reaction between hydrogen and oxygen does not occur, so the amount of generated water does not increase any more. Further, the amount of generated water is related to the temperature in the fuel cell 1, and the reaction becomes more active as the temperature in the fuel cell 1 is higher, so the amount of generated water also increases.

そこで、この実施例の燃料電池システムでは、燃料電池1の停止中の燃料電池1の温度低下量ΔTに基づいてアノード極側に発生する凝縮水量Q1を推定し、燃料電池1の停止中のアノード圧力の低下量ΔPに基づいてアノード極側に発生する生成水量Q2を推定し、これら推定された凝縮水量Q1と生成水量Q2の合計が所定値を越えたときに、アノード極に連なるガス流路に空気(排出用ガス)を流してアノード極側に溜まった水を排出するアノード掃気を実施する。ここで、前記所定値を燃料電池1の安定起動に悪影響を与える水量に設定すると、アノード極側に溜まった水の量が、燃料電池1の安定起動に悪影響を与える水量を越えた直後にアノード掃気を実施することができるので、次回起動時に、燃料電池1を安定して起動することができる。   Therefore, in the fuel cell system of this embodiment, the amount of condensed water Q1 generated on the anode electrode side is estimated based on the temperature drop amount ΔT of the fuel cell 1 when the fuel cell 1 is stopped, and the anode when the fuel cell 1 is stopped Based on the pressure drop amount ΔP, the amount of generated water Q2 generated on the anode electrode side is estimated, and when the estimated amount of condensed water Q1 and the amount of generated water Q2 exceeds a predetermined value, the gas flow path connected to the anode electrode Anode scavenging is performed in which air (exhaust gas) is flowed through to discharge water accumulated on the anode side. Here, if the predetermined value is set to the amount of water that adversely affects the stable start-up of the fuel cell 1, the anode immediately after the amount of water accumulated on the anode electrode side exceeds the amount of water that adversely affects the stable start-up of the fuel cell 1. Since scavenging can be performed, the fuel cell 1 can be stably started at the next startup.

以下、燃料電池システムの停止中の掃気制御を図3の図面を参照して説明する。
図3は、燃料電池システムの停止制御を示すフローチャートである。
まず、ステップS101において、イグニッションスイッチ51がオフされたか否かを判定する。
ステップS101における判定結果が「NO」である場合には、燃料電池1は発電運転中であるので、本ルーチンの実行を終了する。
ステップS101における判定結果が「YES」である場合には、ステップS102に進み、燃料電池1への反応ガス(水素および空気)の供給を停止し、その直後に、温度センサ62により検出された温度T0と、アノード圧力センサ62により検出された圧力P0を制御装置50の記憶部(図示略)に記憶する。すなわち、燃料電池システム停止時の燃料電池1の温度T0とアノード圧力P0を記憶する。なお、燃料電池1への反応ガス供給停止は、コンプレッサ7を停止するとともに、ガス供給弁17、遮断弁18、排水弁25、パージ弁27、掃気排出弁29を閉じることにより行われる。
次に、ステップS103に進み、制御装置(ECU)50を停止する。
Hereinafter, scavenging control while the fuel cell system is stopped will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing stop control of the fuel cell system.
First, in step S101, it is determined whether or not the ignition switch 51 is turned off.
If the determination result in step S101 is “NO”, the fuel cell 1 is in the power generation operation, and thus the execution of this routine is terminated.
When the determination result in step S101 is “YES”, the process proceeds to step S102, the supply of the reaction gas (hydrogen and air) to the fuel cell 1 is stopped, and the temperature detected by the temperature sensor 62 immediately thereafter. T0 and the pressure P0 detected by the anode pressure sensor 62 are stored in a storage unit (not shown) of the control device 50. That is, the temperature T0 and anode pressure P0 of the fuel cell 1 when the fuel cell system is stopped are stored. The supply of the reactive gas to the fuel cell 1 is stopped by stopping the compressor 7 and closing the gas supply valve 17, the shutoff valve 18, the drain valve 25, the purge valve 27, and the scavenging discharge valve 29.
Next, it progresses to step S103 and the control apparatus (ECU) 50 is stopped.

次に、ステップS104に進み、制御装置50の停止後、タイマ52にセットされている時間(すなわち監視インターバル)が経過して制御装置50が起動されたか否かを判定する。換言すると、RTC制御により制御装置50が起動されたか否かを判定する。
ステップS104における判定結果が「NO」である場合には、ステップS104に戻る。すなわち、監視インターバルが経過するまでステップS104の判定を繰り返す。
Next, the process proceeds to step S104, and after the control device 50 is stopped, it is determined whether or not the control device 50 has been started after the time set in the timer 52 (that is, the monitoring interval) has elapsed. In other words, it is determined whether or not the control device 50 is activated by RTC control.
If the determination result in step S104 is “NO”, the process returns to step S104. That is, the determination in step S104 is repeated until the monitoring interval elapses.

ステップS104における判定結果が「YES」である場合には、ステップS105に進み、燃料電池1を停止してから現時点までの燃料電池1の温度低下によって燃料電池1のアノード極側に生じる凝縮水量Q1を推定する。
詳述すると、制御装置50は、温度センサ63により現時点での燃料電池1の温度T1を検出し、現時点の温度T1から燃料電池停止時の温度T0を引いて温度低下量ΔTを算出する。なお、温度低下量ΔTが負の値となった場合には温度低下量ΔTはゼロとする。そして、図4に示される凝縮水マップを参照して、算出された温度低下量ΔTに応じた凝縮水量Q1を求める。
図4に示される凝縮水マップは、この燃料電池システムに使用されている燃料電池1と同等の燃料電池に対して、燃料電池1内の湿度を所定の湿度に一定に制御して予め実験を行い、燃料電池停止中の温度低下量ΔTとアノード極側に生じる凝縮水量Q1との関係をデータとして取得し、取得されたデータに基づいてマップ化したものである。この実施例の凝縮水マップでは、温度低下量ΔTが大きくなるに従って凝縮水量Q1が増大する。
When the determination result in step S104 is “YES”, the process proceeds to step S105, and the amount of condensed water Q1 generated on the anode electrode side of the fuel cell 1 due to the temperature drop of the fuel cell 1 from the stop of the fuel cell 1 to the present time. Is estimated.
More specifically, the control device 50 detects the current temperature T1 of the fuel cell 1 with the temperature sensor 63, and calculates the temperature decrease amount ΔT by subtracting the temperature T0 when the fuel cell is stopped from the current temperature T1. When the temperature decrease amount ΔT becomes a negative value, the temperature decrease amount ΔT is set to zero. Then, referring to the condensed water map shown in FIG. 4, a condensed water amount Q1 corresponding to the calculated temperature decrease amount ΔT is obtained.
The condensed water map shown in FIG. 4 is an experiment in advance on a fuel cell equivalent to the fuel cell 1 used in this fuel cell system by controlling the humidity in the fuel cell 1 to a predetermined humidity. The relationship between the temperature drop amount ΔT during the stop of the fuel cell and the amount of condensed water Q1 generated on the anode electrode side is acquired as data, and is mapped based on the acquired data. In the condensed water map of this embodiment, the condensed water amount Q1 increases as the temperature decrease amount ΔT increases.

次に、ステップS106に進み、燃料電池1を停止してから現時点までに燃料電池1のアノード極側で水素と酸素が反応して生じた生成水量Q2を推定する。
詳述すると、制御装置50は、圧力センサ62により現時点での燃料電池1のアノード圧力P1を検出し、燃料電池停止時のアノード圧力P0から現時点のアノード圧力P1を引いてアノード圧力低下量ΔPを算出する。なお、アノード圧力低下量ΔPが負の値となった場合にはアノード圧力低下量ΔPはゼロとする。また、制御装置50は、検出された現時点のアノード圧力P1を記憶し、燃料電池1を停止してからのアノード圧力の履歴を記憶する。そして、図5に示される生成水マップから現時点の燃料電池1の温度T1に対応するマップを参照して、算出されたアノード圧力低下量ΔPに応じた生成水量Q2を求める。
Next, the process proceeds to step S106, and the amount of generated water Q2 generated by the reaction of hydrogen and oxygen on the anode electrode side of the fuel cell 1 from the time when the fuel cell 1 is stopped to the present time is estimated.
More specifically, the control device 50 detects the current anode pressure P1 of the fuel cell 1 by the pressure sensor 62, and subtracts the current anode pressure P1 from the anode pressure P0 when the fuel cell is stopped to obtain the anode pressure decrease amount ΔP. calculate. When the anode pressure drop amount ΔP becomes a negative value, the anode pressure drop amount ΔP is set to zero. Further, the control device 50 stores the detected current anode pressure P1, and stores the history of the anode pressure since the fuel cell 1 was stopped. Then, referring to a map corresponding to the current temperature T1 of the fuel cell 1 from the generated water map shown in FIG. 5, a generated water amount Q2 corresponding to the calculated anode pressure drop amount ΔP is obtained.

図5に示される生成水マップは、この燃料電池システムに使用されている燃料電池1と同等の燃料電池に対して、燃料電池の温度毎に予め実験を行い、燃料電池停止中のアノード圧力低下量ΔPとアノード極側に生じる生成水量Q2との関係をデータとして取得し、取得されたデータに基づいてマップ化したものである。この実施例の生成水マップでは、現時点のアノード圧力P1が、燃料電池を停止以降のアノード圧力の最低圧力よりも低い間(ピーク前)は、アノード圧力低下量ΔPが大きくなるに従って生成水量Q2が増大し、また、同じアノード圧力低下量ΔPの場合で比較すると、燃料電池の温度が高いほど生成水量Q2が大きい。これは換言すると、現在のアノード圧力がこれまでのアノード圧力よりも低い場合には、現在の温度が高いほど生成水量Q2が大きくなるように補正すると言える。このように温度補正して生成水量Q2を算出するので、生成水量の推定精度が向上する。なお、現時点のアノード圧力P1が前記最低圧力に達した以降(ピーク以降)については、生成水量Q2は一定である。   The generated water map shown in FIG. 5 shows that the fuel cell equivalent to the fuel cell 1 used in this fuel cell system is tested in advance for each temperature of the fuel cell, and the anode pressure is lowered while the fuel cell is stopped. The relationship between the amount ΔP and the amount of generated water Q2 generated on the anode electrode side is acquired as data, and is mapped based on the acquired data. In the generated water map of this embodiment, while the current anode pressure P1 is lower than the lowest anode pressure after stopping the fuel cell (before the peak), the generated water amount Q2 increases as the anode pressure decrease ΔP increases. In comparison with the case of the same anode pressure drop amount ΔP, the generated water amount Q2 increases as the temperature of the fuel cell increases. In other words, when the current anode pressure is lower than the current anode pressure, it can be said that the amount of generated water Q2 is corrected so as to increase as the current temperature increases. Since the generated water amount Q2 is calculated by correcting the temperature in this way, the estimation accuracy of the generated water amount is improved. In addition, after the current anode pressure P1 reaches the minimum pressure (after the peak), the generated water amount Q2 is constant.

次に、ステップS107に進み、ステップS105で推定した凝縮水量Q1とステップS106で推定した生成水量Q2を合算することにより、アノード極側に溜まっている全水量Qを算出し(Q=Q1+Q2)、全水量Qが予め設定した所定値を越えているか否かを判定する。ここで、所定値は、燃料電池1の安定起動に悪影響を与える水量とし、予め実験により求めておく。
ステップS107における判定結果が「NO」(Q≦所定値)である場合には、ステップS103に戻り、制御装置50を停止し、RTC制御を再開する。
ステップS107における判定結果が「YES」(Q>所定値)である場合には、ステップS108に進み、燃料電池1に対する掃気を実施して、本ルーチンの実行を終了する。
Next, the process proceeds to step S107, and the total water amount Q accumulated on the anode electrode side is calculated by adding the condensed water amount Q1 estimated in step S105 and the generated water amount Q2 estimated in step S106 (Q = Q1 + Q2). It is determined whether or not the total water amount Q exceeds a predetermined value set in advance. Here, the predetermined value is an amount of water that adversely affects the stable start-up of the fuel cell 1, and is obtained in advance by experiments.
When the determination result in step S107 is “NO” (Q ≦ predetermined value), the process returns to step S103, the control device 50 is stopped, and the RTC control is restarted.
If the determination result in step S107 is “YES” (Q> predetermined value), the process proceeds to step S108, the scavenging of the fuel cell 1 is performed, and the execution of this routine is terminated.

この実施例では、掃気は、初めに燃料電池1のカソード極側を掃気(以下、カソード掃気という)した後、アノード極側の掃気(以下、アノード掃気という)を行う。カソード掃気は、コンプレッサ7を駆動し、圧力制御弁10を開いて、空気を空気供給流路8、燃料電池1内の酸化剤流通路6、空気排出流路9に流通させることによって行う。アノード掃気は、コンプレッサ7を駆動し、遮断弁18を閉じ、掃気導入弁22および掃気排出弁29を開いて、空気を空気供給流路8、アノード掃気流路23、エゼクタ20よりも下流の燃料供給流路16a、燃料電池1内の燃料流通路5、アノードオフガス流路21、掃気排出流路30に流通させることによって行う。
なお、この実施例では、カソード掃気とアノード掃気を実施したが、カソード掃気は実施せず、アノード掃気のみを実施してもよい。
In this embodiment, scavenging first scavenges the cathode side of the fuel cell 1 (hereinafter referred to as “cathode scavenging”), and then performs scavenging on the anode side (hereinafter referred to as “anode scavenging”). Cathodic scavenging is performed by driving the compressor 7, opening the pressure control valve 10, and allowing air to flow through the air supply flow path 8, the oxidant flow path 6 in the fuel cell 1, and the air discharge flow path 9. The anode scavenging drives the compressor 7, closes the shut-off valve 18, opens the scavenging introduction valve 22 and the scavenging discharge valve 29, and supplies air to the fuel downstream of the air supply channel 8, anode scavenging channel 23, and ejector 20. The flow is performed through the supply flow channel 16 a, the fuel flow channel 5 in the fuel cell 1, the anode offgas flow channel 21, and the scavenging discharge flow channel 30.
In this embodiment, the cathode scavenging and the anode scavenging are performed. However, the cathode scavenging may not be performed, and only the anode scavenging may be performed.

この実施例において、コンプレッサ7、掃気導入弁22、掃気排出弁29は、燃料系ガス流路内の流体を空気(排出用ガス)を供給して排出するアノード極側の掃気手段を構成し、エゼクタ20よりも下流の燃料供給流路16a、アノードオフガス流路21、アノード掃気流路23、掃気排出流路30は、燃料系ガス流路を構成する。
また、コンプレッサ7、圧力制御弁10は、酸化剤系ガス流路内の流体を空気(排出用ガス)を供給して排出するカソード極側の掃気手段を構成し、空気供給流路8と空気排出流路9は酸化剤系ガス流路を構成する。
In this embodiment, the compressor 7, the scavenging introduction valve 22, and the scavenging discharge valve 29 constitute scavenging means on the anode electrode side that supplies air (exhaust gas) and discharges the fluid in the fuel system gas flow path, The fuel supply flow path 16a, the anode off-gas flow path 21, the anode scavenging flow path 23, and the scavenging discharge flow path 30 downstream from the ejector 20 constitute a fuel system gas flow path.
Further, the compressor 7 and the pressure control valve 10 constitute a scavenging means on the cathode electrode side for supplying air (discharge gas) and discharging the fluid in the oxidant-based gas flow path, and the air supply flow path 8 and the air The discharge passage 9 constitutes an oxidant gas passage.

この燃料電池システムによれば、推定された凝縮水量Q1と生成水量Q2の合計が、燃料電池1の安定起動に悪影響を与える所定値を越えたときに、アノード極に連なるガス流路に空気(排出用ガス)を流してアノード極側に溜まった水を排出するアノード掃気を実施するので、次回起動時に、燃料電池1を安定して起動することができる。その結果、燃料電池1の固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
また、アノード掃気を実施するか否かの判定には、燃料電池1の温度を検出する温度センサ63と、アノード圧力を検出する圧力センサ62を起動するだけであるので、判定時の消費エネルギーを極めて小さく抑えることができる。
According to this fuel cell system, when the estimated amount of condensed water Q1 and generated water amount Q2 exceeds a predetermined value that adversely affects the stable start-up of the fuel cell 1, air ( Since the anode scavenging is performed to flow the discharge gas) and discharge the water accumulated on the anode electrode side, the fuel cell 1 can be stably started at the next startup. As a result, deterioration of the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 can be suppressed.
Further, since it is only necessary to activate the temperature sensor 63 that detects the temperature of the fuel cell 1 and the pressure sensor 62 that detects the anode pressure to determine whether or not to perform anode scavenging, the energy consumption at the time of determination is reduced. It can be kept very small.

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、燃料電池の温度毎に図5に示される生成水マップを予め作成しておき、現時点の燃料電池1の温度T1に対応するマップからアノード圧力低下量ΔPに応じた生成水量Q2を求めたが、例えば基準となる燃料電池温度(例えば20゜C)の生成水マップのみを持ち、この生成水マップからアノード圧力低下量ΔPに応じた生成水量Q2を求め、これに温度に応じた補正係数を掛けて、生成水量Q2の温度補正を行ってもよい。
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, in the embodiment described above, the generated water map shown in FIG. 5 is prepared in advance for each temperature of the fuel cell, and the map corresponding to the current temperature T1 of the fuel cell 1 is used in accordance with the anode pressure decrease amount ΔP. The generated water amount Q2 is obtained. For example, only the generated water map of the reference fuel cell temperature (for example, 20 ° C.) is provided, and the generated water amount Q2 corresponding to the anode pressure drop amount ΔP is obtained from this generated water map, You may perform the temperature correction of the production | generation water amount Q2 by multiplying the correction coefficient according to temperature.

1 燃料電池
7 コンプレッサ(掃気手段)
16a 燃料供給流路(燃料系ガス流路)
21 アノードオフガス流路(燃料系ガス流路)
22 掃気導入弁(掃気手段)
23 アノード掃気流路(燃料系ガス流路)
29 掃気排出弁(掃気手段)
30 掃気排出流路(燃料系ガス流路)
50 制御装置(制御部)
62 圧力センサ
63 温度センサ
1 Fuel cell 7 Compressor (scavenging means)
16a Fuel supply channel (fuel system gas channel)
21 Anode off-gas channel (fuel gas channel)
22 Scavenging introduction valve (scavenging means)
23 Anode scavenging flow path (fuel gas flow path)
29 Scavenging exhaust valve (scavenging means)
30 Scavenging exhaust passage (fuel system gas passage)
50 Control device (control unit)
62 Pressure sensor 63 Temperature sensor

Claims (2)

アノード極に燃料を供給されカソード極に酸化剤を供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池の前記アノード極に連なる燃料系ガス流路内の燃料の圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料系ガス流路内の流体を排出用ガスを供給して排出する掃気手段と、
前記掃気手段を制御する制御部と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池の停止中に、停止した際に前記温度センサで検出された温度と前記温度センサで検出された現在の温度との温度差を、予め求められた温度差と燃料電池内の凝縮水量との関係に用いて現在の前記燃料電池内の凝縮水量を推定し、停止した際に前記圧力センサで検出された圧力と前記圧力センサで検出された現在の圧力との圧力差を、予め求められた圧力差と燃料電池内の生成水量との関係に用いて前記燃料電池内の停止後生成水量を推定し、前記現在の凝縮水量と前記停止後生成水量との和が、前記燃料電池の安定起動に影響を与える所定水量を超える場合に、前記掃気手段による排出を実施することを特徴とするシステム。
A fuel cell in which fuel is supplied to the anode electrode and oxidant is supplied to the cathode electrode to generate electricity;
A temperature sensor for detecting the temperature of the fuel cell;
A pressure sensor for detecting the pressure of the fuel in the fuel system gas flow path connected to the anode electrode of the fuel cell;
Scavenging means for supplying a discharge gas to discharge the fluid in the fuel system gas flow path;
A control unit for controlling the scavenging means;
A fuel cell system comprising:
While the fuel cell is stopped, the control unit calculates a temperature difference between the temperature detected by the temperature sensor and the current temperature detected by the temperature sensor when the fuel cell is stopped, Estimate the current amount of condensed water in the fuel cell using the relationship with the amount of condensed water in the battery, and the pressure detected by the pressure sensor when stopped and the current pressure detected by the pressure sensor The difference is used for the relationship between the pressure difference obtained in advance and the amount of generated water in the fuel cell to estimate the amount of generated water after stop in the fuel cell, and the sum of the current amount of condensed water and the amount of generated water after stop is The system is characterized in that discharge by the scavenging means is performed when a predetermined amount of water that affects stable start-up of the fuel cell is exceeded.
前記制御部は、前記燃料電池の停止以降、前記圧力センサで検出される圧力の履歴を記憶し、前記圧力センサで検出される現在の圧力がこれまでの圧力よりも低い場合には、前記温度センサで検出される現在の温度が高いほど前記停止後生成水量が大きくなるように補正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 control unit stores a history of pressure detected by the pressure sensor after the fuel cell is stopped, and when the current pressure detected by the pressure sensor is lower than the previous pressure, the temperature 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein correction is performed such that the amount of generated water after the stop increases as the current temperature detected by the sensor increases.
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JP2016039050A (en) * 2014-08-08 2016-03-22 トヨタ自動車株式会社 Method of estimating water amount in liquid at anode of fuel battery
US10553885B2 (en) 2014-11-15 2020-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power supply system and voltage control method of fuel cell

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