JP2012123914A - Fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来から、燃料電池や、燃料電池にガスを供給するガス供給系を含んで構成される燃料電池システムにおいて、運転停止後に、酸化ガスが燃料電池に流入することを抑制するために、ガス供給系の経路上に封止弁などのガス供給抑制部を設けた燃料電池システムが知られている。また、このガス供給抑制部について、異常を検出するための技術も知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a fuel cell system including a fuel cell and a gas supply system that supplies gas to the fuel cell, a gas supply system is provided to prevent the oxidizing gas from flowing into the fuel cell after the operation is stopped. There is known a fuel cell system in which a gas supply suppressing unit such as a sealing valve is provided on the above path. A technique for detecting an abnormality in the gas supply suppressing unit is also known.
しかし、従来技術の場合、ガス供給抑制部の異常を検出するために、燃料電池の運転停止後においてもセル電圧の監視を継続しなければならない問題があった。また、セル電圧の監視を終了した後に酸化ガスが燃料電池に流入したときには異常が検出できない虞があった。また、他の従来技術では、ガス供給抑制部の異常を検出するために、圧力センサなどの装置をさらに燃料電池システムに追加する必要があった。このように、ガス供給抑制部の異常を検出する技術については、なお改善の余地があった。 However, in the case of the prior art, there is a problem that the cell voltage must be continuously monitored even after the operation of the fuel cell is stopped in order to detect an abnormality in the gas supply suppression unit. Further, when the oxidizing gas flows into the fuel cell after the cell voltage monitoring is finished, there is a possibility that an abnormality cannot be detected. In addition, in another conventional technique, it is necessary to add a device such as a pressure sensor to the fuel cell system in order to detect an abnormality in the gas supply suppression unit. As described above, there is still room for improvement in the technology for detecting the abnormality of the gas supply suppressing unit.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の停止時に、燃料電池に酸化ガスが供給されることを抑制するためのガス供給抑制部を備える燃料電池システムにおいて、ガス供給抑制部の異常を容易に検出することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and in a fuel cell system including a gas supply suppression unit for suppressing supply of oxidizing gas to the fuel cell when the fuel cell is stopped. It is an object to easily detect an abnormality in a gas supply suppression unit.
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。 In order to solve at least a part of the above problems, the present invention can be realized as the following aspects or application examples.
[適用例1]
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に対して燃料ガスとしての水素を供給するための燃料ガス供給系と、
前記燃料電池に対して酸化ガスとしての酸素を供給するための酸化ガス供給系と、
前記燃料電池の停止時に、前記燃料電池に酸化ガスが供給されることを抑制するためのガス供給抑制部と、
前記燃料電池に生じる電圧を検出する電圧検出部と、
前記燃料電池の始動時であって、前記燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、前記電圧検出部により検出される前記電圧の単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する異常検出部と、を備える燃料電池システム。
[Application Example 1]
A fuel cell system,
A fuel cell;
A fuel gas supply system for supplying hydrogen as a fuel gas to the fuel cell;
An oxidizing gas supply system for supplying oxygen as an oxidizing gas to the fuel cell;
A gas supply suppressing unit for suppressing the supply of oxidizing gas to the fuel cell when the fuel cell is stopped;
A voltage detector for detecting a voltage generated in the fuel cell;
When detecting the state in which the increase amount per unit time of the voltage detected by the voltage detection unit is negative when the fuel cell is started and fuel gas is supplied to the fuel cell, An abnormality detection unit that determines that an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit.
この構成によれば、燃料電池の始動時に、燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、燃料電池に生じる電圧の単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、ガス供給抑制部に異常が生じていると判定するため、ガス供給抑制部の異常を容易に検出することができる。 According to this configuration, when a fuel gas is supplied to the fuel cell at the time of starting the fuel cell, if a state in which the increase amount per unit time of the voltage generated in the fuel cell is negative is detected, Therefore, it is possible to easily detect the abnormality of the gas supply suppressing unit.
[適用例2]
適用例1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記異常検出部は、前記燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、前記電圧の単位時間当たりの増加量が所定の期間ゼロとなるまでの間において、前記増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する、燃料電池システム。
[Application Example 2]
In the fuel cell system according to Application Example 1,
When the fuel gas is supplied to the fuel cell, the abnormality detection unit is in a state where the increase amount becomes negative until the increase amount per unit time of the voltage becomes zero for a predetermined period. A fuel cell system that, when detected, determines that an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit.
この構成によれば、燃料電池に生じる電圧の単位時間当たりの増加量が所定の期間ゼロとなるまでの間において、電圧の単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、ガス供給抑制部に異常が生じていると判定するため、ガス供給抑制部の異常を容易に検出することができる。 According to this configuration, if a state in which the increase amount per unit time of the voltage generated in the fuel cell becomes zero during a predetermined period is detected, the gas supply is suppressed. Since it is determined that an abnormality has occurred in the part, an abnormality in the gas supply suppressing part can be easily detected.
[適用例3]
適用例2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層した構成を備え、
前記電圧検出部は、各前記燃料電池セルのアノード側とカソード側との間に発生するセル電圧をそれぞれ検出し、
前記異常検出部は、前記燃料電池セルの前記セル電圧において、前記燃料電池の前記始動時に、単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する、燃料電池システム。
[Application Example 3]
In the fuel cell system according to Application Example 2,
The fuel cell has a configuration in which a plurality of fuel cells are stacked,
The voltage detection unit detects a cell voltage generated between the anode side and the cathode side of each fuel cell,
When the abnormality detection unit detects a state in which the amount of increase per unit time is negative at the start of the fuel cell in the cell voltage of the fuel cell, an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit A fuel cell system that determines that
この構成によれば、燃料電池セルのセル電圧において、燃料電池の始動時に、単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、ガス供給抑制部に異常が生じていると判定するため、ガス供給抑制部の異常を容易に検出することができる。 According to this configuration, in the cell voltage of the fuel cell, when detecting a state in which the increase amount per unit time is negative at the start of the fuel cell, it is determined that an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit. Abnormalities in the gas supply suppression unit can be easily detected.
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給抑制部は、前記酸化ガス供給系に配置された封止弁である、燃料電池システム。
[Application Example 4]
In the fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 3,
The gas supply suppression unit is a fuel cell system, which is a sealing valve disposed in the oxidizing gas supply system.
この構成によれば、燃料電池の始動時に、燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、燃料電池に生じる電圧の単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、酸化ガス供給系に配置された封止弁に異常が生じていると判定するため、封止弁の異常を容易に検出することができる。 According to this configuration, when a fuel gas is supplied to the fuel cell at the time of starting the fuel cell, a state in which the increase amount per unit time of the voltage generated in the fuel cell is negative is detected. Therefore, it is possible to easily detect the abnormality of the sealing valve.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、異常検出装置や、燃料電池システムを備える燃料電池車両のほか、異常判定方法や、燃料電池システムの制御方法などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes. For example, in addition to an abnormality detection device and a fuel cell vehicle including a fuel cell system, an abnormality determination method, a control method of the fuel cell system, and the like Can be realized.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの構成:
図1は、第1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10は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、電気自動車に搭載されて用いられる。燃料電池システム10は、燃料電池100と、燃料ガス供給系200と、酸化ガス供給系300と、燃料電池冷却系400と、負荷装置500と、電源切換スイッチ600と、バッテリー700と、セルモニタ800と、システムコントローラ900と、を備えている。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a first embodiment. The
燃料電池100は、複数の燃料電池セル110を積層したスタック構造を有している。燃料電池セル110は、電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス(水素)と、カソード側触媒電極層に供給される酸化ガス(空気に含まれる酸素)との電気化学反応により電力を発生する。燃料電池100は、固体高分子電解質膜等の種々の電解質膜を用いた燃料電池セルにより構成することができる。なお、本例では、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池を用いている。また、触媒電極層は、触媒、例えば、白金(Pt)を担持したカーボン粒子や電解質を含んで構成される。燃料電池100は、積層された燃料電池セル110の両端に、総合電極としての2つのターミナルプレート111が配置されている。
The
燃料ガス供給系200は、水素タンク210と、流量調整部220と、加湿調整部230、循環コンプレッサ240と、気液分離部250と、切換弁260と、を備えている。燃料ガス供給系200は、燃料電池100を構成する各燃料電池セル110のアノード側触媒電極層(以後、単に「アノード」とも呼ぶ)に、水素タンク210から、燃料ガス供給流路271a、流量調整部220、燃料ガス供給流路271b、加湿調整部230、および、燃料ガス供給流路271cを介して、燃料ガスである水素を供給する。この際、流量調整部220は、システムコントローラ900からの指示に従った流量および圧力で水素を燃料電池100のアノードへ供給する。また、加湿調整部230は、燃料電池100のアノードへ供給する水素の湿度が、システムコントローラ900からの指示に従った状態となるように、加湿温度を調整する。なお、水素タンク210としては、例えば、高圧水素が貯蔵された水素タンクと圧力調整弁を用いて構成することができる。
The fuel
また、燃料ガス供給系200は、切換弁260を開くことにより、燃料電池100のアノードで使用されなかった水素を燃料ガス排出流路271d、気液分離部250、および、切換弁260を介して、燃料電池システム10の外部に排出する。また、燃料ガス供給系200は、切換弁260を閉じることにより、燃料電池100のアノードで使用されなかった水素を燃料ガス排出流路271d、気液分離部250、循環流路271e、循環コンプレッサ240、および、循環流路271fを介して燃料ガス供給流路271cに戻し、再び燃料ガスとして利用する。循環コンプレッサ240は、システムコントローラ900からの指示に従って、水素の循環量および圧力を調整する。
Further, the fuel
酸化ガス供給系300は、吸気口310と、コンプレッサ320と、加湿調整部330と、封止弁340と、排気口390と、を備えている。この酸化ガス供給系300は、燃料電池100を構成する各燃料電池セル110のカソード側触媒電極層(以下、「燃料電池100のカソード」とも略す)に、吸気口310、酸化ガス供給流路351a、コンプレッサ320、酸化ガス供給流路351b、加湿調整部330、および、酸化ガス供給流路351cを介して、酸化ガスである酸素を含む空気を供給する。この際、コンプレッサ320は、吸気口310から取り込む空気をシステムコントローラ900からの指示に従った圧力で加湿調整部330へ向けて送り出す。また、加湿調整部330は、燃料電池100のカソードへ供給する空気の湿度が、システムコントローラ900からの指示に従った状態となるように、加湿温度を調整する。
The oxidizing
また、酸化ガス供給系300は、燃料電池100から排出された電気化学反応に使用された酸素分だけ濃度の薄くなった排気ガスを、酸化ガス排出流路351d、封止弁340、および、酸化ガス排出流路351eを介して排気口390から排出する。なお、封止弁340は、システムコントローラ900からの指示に従って、その開閉状態を調整することにより、燃料電池システム10の停止時に、排気口390、酸化ガス排出流路351e、封止弁340、および、酸化ガス排出流路351dを介して空気がカソード側触媒電極層に供給されることを抑制する。
In addition, the oxidizing
燃料電池冷却系400は、ラジエータ410と、冷媒温度センサ420と、冷媒循環ポンプ430と、を備えている。ラジエータ410は、冷媒供給流路441a、および、冷媒排出流路441bを介して燃料電池100に接続されており、冷媒供給流路441aを介して冷却媒体を燃料電池100に供給し、冷媒排出流路441bを介して、冷却に供された後の冷却媒体を燃料電池100から受け取ることにより、冷却媒体を循環させて、燃料電池100の冷却を実行する。冷却媒体としては、水、空気等を用いることができる。冷媒温度センサ420は、燃料電池100から流出する冷却後冷却媒体温度を測定する。冷媒温度センサ420の出力は、システムコントローラ900に接続されている。システムコントローラ900は、冷却後冷却媒体温度から燃料電池100の内部温度を推定する。
The fuel
負荷装置500は、電源切換スイッチ600を介して燃料電池100の正極側および負極側のターミナルプレート111にそれぞれ接続されている。電流センサ560は、燃料電池100と直列に接続され、燃料電池100を流れる電流値を測定する。インバータ550は、燃料電池100及びバッテリー700と並列に接続され、燃料電池100又はバッテリー700から供給される直流電流を、交流電流に変換して負荷装置500(例えば、車両駆動用モータ)に供給する。
The
バッテリー700は、DC−DCコンバータ750を介して負荷装置500及び燃料電池100と並列に接続されている。DC−DCコンバータ750は、バッテリー700の出力電圧を昇圧してインバータ550に供給し、また、燃料電池100の余剰発電力を蓄電するために、出力電圧を降圧してバッテリー700に供給する。本実施例の燃料電池システム10は、電源切換スイッチ600がオフ(開)のときには、DC−DCコンバータ750とインバータ550を介してバッテリー700が負荷装置500に接続される。一方、電源切換スイッチ600がオン(閉)のときには、燃料電池100が負荷装置500に接続される。
The
セルモニタ800は、各燃料電池セル110と接続されており、各燃料電池セル110のセル電圧(カソード及びアノード電極の電位差)を測定する。セルモニタ800の出力は、システムコントローラ900に接続されている。
The cell monitor 800 is connected to each
システムコントローラ900は、CPU(Central Processing Unit)910と、ROM(Read Only Memory)920と、RAM(Random Access Memory)930とを備えている。システムコントローラ900は、燃料電池システム10の各構成要素と電気的に接続され、各構成要素から受け取る情報に基づいて、各構成要素の動作を制御する。また、システムコントローラ900は、ROM920に燃料電池システム10を制御するための図示しない制御プログラムが格納されている。CPU910は、RAM930を利用しながらこの制御プログラムを実行することにより、制御部911、異常検出部912として機能する。
The
上記構成の燃料電池システム10は、制御部911および異常検出部912の機能により、燃料電池100の始動時に、セルモニタ800により検出されるセル電圧の変化から、酸化ガス供給系300の封止弁340に異常が生じているか否かを判定するための封止弁異常判定処理を実行する。封止弁異常判定処理の詳細については後述する。
In the
A−2.封止弁異常判定処理:
図2は、封止弁異常処理の流れを示すフローチャートである。システムコントローラ900は、ユーザによるイグニッションのオンを検出すると、燃料電池システム10を起動するために、種々のイニシャライズ処理をおこなう(ステップS100)。イニシャライズ処理が実行されると、システムコントローラ900の制御部911は、電源切換スイッチ600をオフ(開)にした状態で、燃料ガス供給系200を制御して燃料ガスである水素を燃料電池100のアノードに供給する(ステップS110)。
A-2. Seal valve abnormality judgment processing:
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the sealing valve abnormality process. When the
燃料電池100のアノードに水素が供給されているときに、システムコントローラ900の異常検出部912は、セルモニタ800から継続的に各燃料電池セル110の開回路電圧となるセル電圧Vocvをそれぞれ取得し、セル電圧Vocvの単位時間当たりの電圧変化(dVocv/dt)をそれぞれ算出する。本実施例では、各燃料電池セル110から取得された全てのセル電圧Vocについて、それぞれ以下の判定処理をおこなうが、一部の燃料電池セル110から取得されたセル電圧Vocのみを用いて以下の判定処理をおこなってもよい。
When hydrogen is supplied to the anode of the
異常検出部912は、燃料電池100に水素が供給された後、所定の期間に、セル電圧Vocvの電圧変化が正(dVocv/dt>0)から負(dVocv/dt<0)に変化するか否かを判定する(ステップS120)。具体的には、異常検出部912は、燃料電池100に水素が供給されたときにセル電圧Vocvが上昇し始め、その後、1(V)近傍(例えば、0.8〜1V)で安定した状態となるまでの間に、セル電圧Vocvの電圧変化が正から負になるか否かを判定する。よって、上記の所定の期間とは、燃料電池100に水素が供給された後からセル電圧Vocvが1(V)近傍で安定した状態となるまでの間を含む任意の期間を指す。
The
セル電圧Vocvが1(V)近傍で安定した状態となったか否かを判定する方法としては、種々の方法が実施可能である。例えば、異常検出部912は、所定の時間(例えば、3秒間)継続して、セル電圧Vocvの電圧変化が0(dVocv/dt=0)であったときにセル電圧Vocvが安定した状態となったと判定してもよいし、セル電圧Vocvが、所定の時間継続して、所定の範囲内(Th1≦Vocv≦Th2、Th1≦1(V)≦Th2)であったときにセル電圧Vocvが安定した状態となったと判定してもよい。また、セル電圧Vocvが安定化するまでの期間が含まれていれば、安定化後の期間が含まれていてもいいため、例えば、電源切換スイッチ600がオン(閉)に切り替えられる直前まで、セル電圧Vocvの電圧変化が正から負に変化するか否かの判定を継続する構成としてもよい。
As a method for determining whether or not the cell voltage Vocv is stable in the vicinity of 1 (V), various methods can be implemented. For example, the
異常検出部912は、上記の所定の期間に、セル電圧Vocvの電圧変化が正から負となる状態を検出しなかった場合には(ステップS120:NO)、封止弁340は故障していないと判定する(ステップS130)。一方、異常検出部912は、上記の所定の期間に、セル電圧Vocvの電圧変化が正から負となる状態を検出した場合には(ステップS120:YES)、封止弁340は故障していると判定する(ステップS140)。このように、所定の期間に、セル電圧Vocvの電圧変化が正から負となる状態を検出するか否かによって、封止弁340が故障しているか否かを判定できる理由については後述する。異常検出部912による封止弁340の故障判定がおこなわれると、封止弁異常判定処理は終了する。なお、燃料電池システム10は、封止弁異常判定処理が終了した後に、封止弁異常判定処理の結果に対応する制御をおこなう構成としてもよい。例えば、燃料電池システム10は、封止弁340が故障していると判定した場合には、ユーザに対して故障の旨を表示する構成としてもよい。
If the
ここでは、セル電圧Vocvの電圧変化が正から負になる状態を検出するか否かにより封止弁340が故障しているか否かを判定できる理由について、図3〜図5を用いて具体的に説明する。図3は、封止弁が故障していないときのセル電圧の時間変化を例示した説明図である。図4は、封止弁が故障しているときの燃料電池セルの状態を説明するための説明図である。図5は、封止弁が故障しているときのセル電圧の時間変化を例示した説明図である。図3、図5の横軸は、時間T(sec)を示し、縦軸は、セル電圧Vocv(V)を示している。
Here, the reason why it is possible to determine whether or not the sealing
封止弁340は、正常の場合、システムコントローラ900からの指示に従って、燃料電池システム10の停止時には閉弁状態となる。よって、燃料電池システム10の停止時には、排気口390、酸化ガス排出流路351e、封止弁340、および、酸化ガス排出流路351dを介してカソードへの空気の流入が抑制される。これにより、カソード側から電解質膜を介してアノード側への酸素の移動も抑制される。この状態で、封止弁異常判定処理が開始され、ステップS110において、アノードに水素が供給されると、図3に示すように、セル電圧の上昇が始まり(時間T0〜T1)、水素の供給により生じるアノードとカソードの電位差(概ね、1V程度)に達すると(時間T1)、セル電圧は安定する(時間T1〜)。この間、セル電圧の電圧変化(dVocv/dt)は、正(dVocv/dt>0)から次第に0(dVocv/dt=0)となるが、負(dVocv/dt<0)にはならない。
When normal, the sealing
一方、封止弁340が故障している場合、燃料電池システム10の停止時に、封止弁340は、システムコントローラ900からの指示に従って閉弁しないため、開弁状態となる。よって、燃料電池システム10の停止時に、排気口390、酸化ガス排出流路351e、封止弁340、および、酸化ガス排出流路351dを介してカソードに空気が流入する。カソードに流入した空気中の酸素の一部は、電解質膜を介してカソード側からアノード側に移動するため、燃料電池100は、アノード側で水素欠状態が生じる。このとき、図4に示すように、アノードでは、アノード内部の水素により以下の式(1)の反応が生じるほか、カソード側からアノード側に移動した酸素により式(2)の反応が生じ、式(1)と式(2)の反応で電子の受け渡しをおこなう内部回路が形成される。
On the other hand, when the sealing
一方、カソードでは、カソード内部の酸素により式(3)の反応が生じるほか、触媒層のカーボンの酸化(劣化)による式(4)の反応が生じ、同様に内部回路が形成される。また、式(4)の反応によりカソードの電位は1.5(V)近くまで上昇する。 On the other hand, in the cathode, in addition to the reaction of the formula (3) caused by oxygen inside the cathode, the reaction of the formula (4) is caused by the oxidation (degradation) of carbon in the catalyst layer, and an internal circuit is formed in the same manner. Further, the potential of the cathode rises to nearly 1.5 (V) by the reaction of the formula (4).
この状態で、封止弁異常判定処理が開始され、ステップS110において、アノードに水素が供給されると、図5に示すように、セル電圧の上昇が始まり(時間T0〜T1)、セル電圧は1(V)を超えるところまで上昇する(時間T1)。この後、上記の式(2)や式(4)の反応は減少するため、徐々にセル電圧は低下し(時間T1〜T2)、通常の値(1V程度)に落ち着く(時間T2)。このときのセル電圧の電圧変化(dVocv/dt)は、時間T0〜T1の間は正(dVocv/dt>0)となり、時間T1〜T2の間は負(dVocv/dt<0)となり、時間T2以降0(dVocv/dt=0)となる。すなわち、封止弁340が故障しているときのセル電圧は、所定の期間、すなわち、1(V)近傍で安定した状態となるまでの間(時間T0〜T2)において、セル電圧の電圧変化(dVocv/dt)が負(dVocv/dt<0)となる。
In this state, the sealing valve abnormality determination process is started, in step S110, the hydrogen to the anode is supplied, as shown in FIG. 5, the increase in the cell voltage begins (time T 0 through T 1), the cell The voltage rises to a point exceeding 1 (V) (time T 1 ). Thereafter, since the reactions of the above formulas (2) and (4) decrease, the cell voltage gradually decreases (time T 1 to T 2 ) and settles to a normal value (about 1 V) (time T 2). ). The voltage change (dVocv / dt) of the cell voltage at this time is positive (dVocv / dt> 0) during the time T 0 to T 1 and negative (dVocv / dt <0) during the time T 1 to T 2. ), and the time T 2 after 0 (dVocv / dt = 0) . That is, the cell voltage at the time when the sealing
よって、燃料電池システム10は、燃料電池100に水素を供給した後、所定の期間に、セル電圧の電圧変化(dVocv/dt)が正から負となる状態を検出しなかった場合には、封止弁340は故障していないと判定し、セル電の電圧変化(dVocv/dt)が正から負となる状態を検出した場合には、封止弁340は故障していると判定することにより、封止弁340の異常を容易に検出することができる。
Therefore, if the
以上説明した、本実施例の燃料電池システム10によれば、燃料電池100の始動時に、燃料電池100に水素が供給されているときに、セル電圧の電圧変化(dVocv/dt)が負(dVocv/dt<0)となる状態を検出すると、封止弁340に異常が生じていると判定するため、封止弁340の異常を容易に検出することができる。
According to the
具体的には、封止弁340が故障している場合、燃料電池システム10の停止時に、封止弁340はシステムコントローラ900からの指示に従って閉弁しないため、開弁状態となる。そのため、燃料電池システム10の停止時に、排気口390からカソードに空気が流入する。カソードに流入した空気中の酸素がアノード側に移動することにより、アノード側で水素欠状態が生じる。このとき、アノードでは、上記の式(1)と式(2)の反応が生じる。一方、カソードでは、上記の式(3)と式(4)の反応が生じ、カソードの電位は1.5V近くまで上昇する。この状態で、アノードに水素が供給されると、セル電圧は1(V)を超えるところまで上昇する。この後、徐々にセル電圧は低下し、通常の値(1V程度)に落ち着く。すなわち、封止弁340が故障しているときのセル電圧は、1(V)近傍で安定した状態となるまでの間において、セル電圧の電圧変化が負(dVocv/dt<0)となる。
Specifically, when the sealing
一方、封止弁340が正常の場合、燃料電池システム10の停止時には封止弁340は閉弁状態となる。そのため、燃料電池システム10の停止時に、封止弁340からカソードへの空気の流入が抑制されている。よって、カソード側からアノード側への酸素の移動も抑制される。この状態で、アノードに水素が供給されると、セル電圧は、1(V)程度まで上昇して、その後安定する。すなわち、この間、封止弁340が正常のときのセル電圧の電圧変化は、負(dVocv/dt<0)とならない。よって、セル電圧の電圧変化の違いを検出することにより、封止弁340の故障を容易に検出することができる。
On the other hand, when the sealing
従来から、封止弁340などを含むガス供給抑制部の異常を検出するための種々の技術が知られている。しかし、それらの技術を用いても、例えば、ガス供給抑制部の異常を検出するために、燃料電池の運転停止後においてもセル電圧の監視を継続しなければならず、監視部に対してバッテリーなどから電力を供給し続ける必要があったり、監視を終了した後にカソードに空気が流入したときには異常を検出できないなどの不具合があった。また、ガス供給抑制部の異常を検出するために、燃料電池システムに圧力センサなど追加する場合には、コストが増加する問題があった。本実施例の燃料電池システム10によれば、燃料電池100の始動時に、封止弁340の異常を検出するため、前回の燃料電池システムの停止後に封止弁340の異常が生じても、封止弁340の異常を容易に検出することができる。また、圧力センサなどの装置が不要なため、簡易な構成で封止弁340の異常を検出することができる。
Conventionally, various techniques for detecting an abnormality in a gas supply suppressing unit including the sealing
B.第2実施例:
第1実施例では、始動時におけるセル電圧の電圧変化(dVocv/dt)を用いて封止弁の異常を判定する封止弁異常判定処理について説明したが、セル電圧の電圧変化(dVocv/dt)を用いて、燃料電池システムの制御を行う方法は上記に限定されない。第2実施例では、アノードがデッドエンドとなっている燃料電池において、セル電圧の電圧変化(dVocv/dt)を用いて、アノードに溜まった水を排出するための弁を開閉するタイミングを制御する方法について説明する。以下の説明において、第1実施例と同じ符号を付した機能部や構成部は、第1実施例と同様の機能や構成を備えている。
B. Second embodiment:
In the first embodiment, the sealing valve abnormality determination process for determining the abnormality of the sealing valve using the voltage change (dVocv / dt) of the cell voltage at the time of start has been described. However, the voltage change (dVocv / dt) of the cell voltage is described. The method for controlling the fuel cell system using the above is not limited to the above. In the second embodiment, in a fuel cell in which the anode is in a dead end, the change in cell voltage (dVocv / dt) is used to control the timing for opening and closing the valve for discharging water accumulated in the anode. A method will be described. In the following description, the functional units and components having the same reference numerals as those in the first embodiment have the same functions and configurations as those in the first embodiment.
B−1.燃料電池システムの構成:
図6は、第2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。第2実施例の燃料電池システム11は、第1実施例の燃料電池システム10と比較すると、燃料ガス供給系201において、燃料電池100のアノードで使用されなかった水素を、再び燃料ガスとして利用するための構成(例えば、図1の気液分離部250、循環流路271e、循環コンプレッサ240、循環流路271f)を備えず、代わりに、燃料ガス排出流路271gと、出口弁280と、燃料ガス排出流路271hとを備えている。第2実施例の燃料電池システム11は、水素の循環経路を備えない、いわゆるアノードデッドエンドシステムである。
B-1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a second embodiment. Compared with the
出口弁280は、アノードに溜まった水を燃料電池100の外部に排出するための弁であり、燃料電池の運転中は閉弁しているが、システムコントローラ900からの指示に従って、所定のタイミングで一時的に開弁する。以後、アノードに溜まった水を排出するために一時的に出口弁280を開弁することを単に「一時開弁」(プッシュ抜き)とも呼ぶ。
The
システムコントローラ900は、出口弁280を含む燃料電池システム10の各構成要素と電気的に接続され、各構成要素から受け取る情報に基づいて、各構成要素の動作を制御する。システムコントローラ900の制御部911は、セルモニタ800により検出されるセル電圧の変化から、一時開弁を実行する間隔を制御するためのタイミング制御をおこなう。タイミング制御の詳細については後述する。
The
アノードデッドエンドの燃料電池の特徴について簡単に説明する。図7は、アノードデッドエンドの燃料電池の内部を模式的に示した説明図である。図8は、アノードデッドエンドの燃料電池の発電特性を説明するための説明図である。図8の縦軸は、セル電圧(V)を示し、横軸は時間(sec)を示している。 The characteristics of the anode dead end fuel cell will be briefly described. FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the inside of an anode dead end fuel cell. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining power generation characteristics of an anode dead-end fuel cell. The vertical axis in FIG. 8 indicates the cell voltage (V), and the horizontal axis indicates time (sec).
アノードデッドエンドの燃料電池は、アノードで使用されなかった水素を、再び燃料ガスとして利用するための循環経路を備えていないため、図7に示すように、運転中(アノードデッドエンド運転中)にアノード内部の水を燃料電池の外部に排出することができない。そのため、アノードデッドエンドの燃料電池は、発電によりアノードの出口付近に水が溜まりだすと、図8に示すように、アノードが部分水素欠となりセル電圧が徐々に低下する。 Since the anode dead-end fuel cell does not have a circulation path for reusing hydrogen that has not been used at the anode as fuel gas, as shown in FIG. 7, during operation (during anode dead-end operation) The water inside the anode cannot be discharged outside the fuel cell. Therefore, in an anode dead end fuel cell, when water starts to accumulate near the outlet of the anode due to power generation, the anode is partially depleted of hydrogen as shown in FIG. 8, and the cell voltage gradually decreases.
燃料電池システム11は、定期的に一時開弁をおこなうことにより、アノード内部の水を燃料電池の外部に排出して、このアノードの部分水素欠を解消することができる。一方、燃料電池システム11は、一時開弁により、アノード内部の水とともに燃料ガスである水素も排出する。よって、一時開弁の頻度は、アノードの部分水素欠が発生しない程度とすることが望ましく、頻度が高い場合には、燃料ガスの排出により発電効率が低下する。本実施例の燃料電池システム11は、セルモニタ800により検出されるセル電圧の変化から、アノードの部分水素欠が発生しているか否かを判定し、その判定結果に応じて一時開弁の頻度を制御するための以下のタイミング制御をおこなう。
By periodically opening the
B−2.タイミング制御:
図9は、タイミング制御の流れを示すフローチャートである。タイミング制御は、燃料電池100によるアノードデッドエンド運転と並行しておこなわれる。すなわち、システムコントローラ900は、電源切換スイッチ600がオン(閉)の状態で、燃料電池100に水素と酸素を供給して発電(アノードデッドエンド運転)をおこなっている状態で(ステップS200)、タイミング制御を実施する。
B-2. Timing control:
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of timing control. The timing control is performed in parallel with the anode dead end operation by the
アノードデッドエンド運転中に、システムコントローラ900の制御部911は、セルモニタ800から継続的にセル電圧Vcelを取得し、セル電圧Vcelの単位時間当たりの電圧変化(dVcel/dt)を算出する。セル電圧の電圧変化を算出すると、制御部911は、セル電圧の電圧変化が負(dVcel/dt<0)となっているか否かを判定する。すなわち、制御部911は、アノードデッドエンド運転中に、セル電圧が降下しているか否かを判定する。また、制御部911は、前回の一時開弁からの経過時間Tco(sec)を計測し、経過時間Tcoが所定の期間Tth(sec)を経過(Tco>Tth)しているか否かの判定をおこなう(ステップS210)。所定の期間Tthとは、ROM920に予め登録されている時間の長さ(例えば、5秒)であり、後に説明するように、このタイミング制御において所定の条件を満たしたときに時間の長さが変更される。
During the anode dead end operation, the
なお、制御部911は、アノードデッドエンド運転中に一時開弁をまだ一度もおこなっていない場合には、一時開弁からの経過時間Tcoの代わりに、始動時における所定の動作からの経過時間Tco2が所定の時間Tth2を経過(Tco2>Tth2)しているか否かを判定する構成としてもよいし、経過時間Tco2が所定の時間Tth2を経過しているか否かの判定をおこなわず、セル電圧の電圧変化が負(dVcel/dt<0)となっているか否かのみを判定する構成としてもよい。
In addition, when the valve opening has not been performed once during the anode dead end operation, the
制御部911は、セル電圧の電圧変化が負(dVcel/dt<0)となり、かつ、経過時間Tcoが所定の期間Tthを経過(Tco>Tth)するまでアノードデッドエンド運転を継続する(ステップs210:NO)。
The
一方、制御部911は、セル電圧の電圧変化が負(dVcel/dt<0)となり、かつ、経過時間Tcoが所定の期間Tthを経過(Tco>Tth)すると(ステップS210:YES)、出口弁280を一時的に開弁する(ステップS220)。すなわち、制御部911は、出口弁280を制御して一時開弁をおこなう。
On the other hand, when the voltage change of the cell voltage becomes negative (dVcel / dt <0) and the elapsed time Tco has passed a predetermined period Tth (Tco> Tth) (step S210: YES), the
制御部911は、一時開弁をおこなうと、一時開弁後のセル電圧Vcelを継続的に取得し、一時開弁直後のセル電圧Vcelから、その後の上昇したセル電圧Vcelのピークまでのセル電圧上昇量ΔVcelを取得する。また、制御部911は、セル電圧Vcelのピーク後の降下の程度を検出するため、ピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtを取得する。
The
セル電圧上昇量ΔVcelとピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtを取得すると、制御部911は、今回取得したセル電圧上昇量ΔVcelが前回一時開弁を実行した後に取得したセル電圧上昇量ΔVcel(前回のセル電圧上昇量ΔVcelα)より大きいか否かを判定する。また、制御部911は、今回取得したピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtの絶対値が前回一時開弁を実行した後に現れたピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dt(前回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtα)の絶対値よりも大きいか否かを判定する。すなわち、制御部911は、一時開弁後のセル電圧Vcelのピークが前回のピークより高いか否かを判定するとともに、ピーク後のセル電圧の単位時間当たりの電圧降下量が前回の単位時間当たりの電圧降下量より大きいか否かを判定する(ステップS230)。
When the cell voltage increase amount ΔVcel and the voltage change dVcel / dt of the cell voltage after the peak are acquired, the
制御部911は、今回のセル電圧上昇量ΔVcelが前回のセル電圧上昇量ΔVcelαより大きく(ΔVcelα<ΔVcel)、かつ、今回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtの絶対値が前回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtαの絶対値より大きい(|dVcel/dtα|<|dVcel/dt|)場合(ステップS230:NO)、アノードの水素欠が生じている虞があるため、出口弁280の開弁のタイミングを早める(ステップS240)。すなわち、制御部911は、ROM920に登録されている所定の期間Tthの長さを短くする(例えば、Tth=5秒をTth=4秒に変更する)。これにより一時開弁の頻度が高くなり、アノード内部の水の滞留が抑制される。
The
一方、制御部911は、今回のセル電圧上昇量ΔVcelが前回のセル電圧上昇量ΔVcelα以下(ΔVcelα≧ΔVcel)、もしくは、今回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtの絶対値が前回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtαの絶対値以下(|dVcel/dtα|≧|dVcel/dt|)の場合には(ステップS230:YES)、アノードの水素欠が生じている虞が少ないため、出口弁280の開弁のタイミングを変更しない(ステップS250)。これにより、燃料ガスの排出による発電効率の低下が抑制される。
On the other hand, the
このように、一時開弁後のセル電圧Vcelのピークが前回のピークより高いか否かを判定し、また、ピーク後のセル電圧の単位時間当たりの電圧降下量が前回の単位時間当たりの電圧降下量より大きいか否かを判定することによって、アノードの水素欠が生じているか否かを推定できる理由については後述する。制御部911は、上記のステップS200〜ステップS250の制御を燃料電池100の運転中継続する。
In this way, it is determined whether or not the peak of the cell voltage Vcel after the temporary opening is higher than the previous peak, and the voltage drop amount per unit time of the cell voltage after the peak is the voltage per unit time of the previous time. The reason why it is possible to estimate whether or not the anode is deficient by determining whether or not it is larger than the descending amount will be described later. The
なお、ステップS230において、制御部911は、アノードデッドエンド運転中に一時開弁をまだ一度もおこなっていない場合、すなわち、前回のセル電圧上昇量ΔVcelαや前回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtαがない場合には、出口弁280の開弁のタイミングを変更しない(ステップS250)。以上がタイミング制御の流れについての説明である。
In step S230, the
ここでは、一時開弁後のセル電圧Vcelのピークが前回のピークより高いか否かを判定し、また、ピーク後のセル電圧の単位時間当たりの電圧降下量が前回の単位時間当たりの電圧降下量より大きいか否かを判定することによって、アノードの水素欠が生じているか否かを推定できる理由について、図10、図11を用いて説明する。図10は、アノードに水素欠が生じていない場合のセル電圧の時間変化を例示した説明図である。図11は、アノードに水素欠が生じている場合のセル電圧の時間変化を例示した説明図である。図10、図11の横軸は、時間T(sec)を示し、縦軸は、セル電圧Vocv(V)を示している。 Here, it is determined whether or not the peak of the cell voltage Vcel after the temporary opening is higher than the previous peak, and the voltage drop amount per unit time of the cell voltage after the peak is the voltage drop per unit time of the previous time. The reason why it is possible to estimate whether or not the anode is deficient by determining whether or not it is larger than the amount will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the time change of the cell voltage when no hydrogen deficiency occurs in the anode. FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating the time change of the cell voltage when the anode is deficient in hydrogen. 10 and 11, the horizontal axis represents time T (sec), and the vertical axis represents the cell voltage Vocv (V).
アノードデッドエンドの燃料電池100のセル電圧は、アノードに水素欠が生じていない場合には、図10に示すように、一時開弁(時間T1)により、アノードから水を排水することで上昇する(時間T1〜T2)。その後、セル電圧は、通常の発電によるアノードとカソードの電位差(概ね、1V程度)まで上昇すると(時間T2)、再度、生成水などの影響により緩やかに低下する(時間T2〜)。
As shown in FIG. 10, the cell voltage of the anode dead-
一方、アノードに水素欠が生じている場合には、アノードデッドエンドの燃料電池100のセル電圧は、図11に示すように、一時開弁(時間T1)の後、1(V)を超えるところまで上昇する(時間T2)。これは、アノードの水素欠により、アノードでは、上記式(1)の反応と上記式(2)の反応が生じ、カソードでは、上記式(3)の反応と上記式(4)の反応が生じることによってカソードの電位が上昇しているためである。その後、アノードに水素が行き渡るため、上記の式(2)や上記(4)の反応が抑制され、セル電圧は、1(V)を超えた状態から、生成水などの影響を伴って急激に低下する(時間T2〜)。
On the other hand, when there is a lack of hydrogen at the anode, the cell voltage of the anode dead-
以上のことからわかるように、一時開弁後のセル電圧は、アノードに水素欠が生じている場合には、アノードに水素欠が生じていない場合と比べて、一時開弁後のセル電圧Vcelのピークが高く、また、ピーク後のセル電圧の単位時間当たりの電圧降下量が大きい。よって、燃料電池システム11は、アノードデッドエンド運転中に、セル電圧上昇量ΔVcelが前回のセル電圧上昇量ΔVcelαより大きく(ΔVcelα<ΔVcel)、かつ、ピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtの絶対値が前回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtαの絶対値より大きい(|dVcel/dtα|<|dVcel/dt|)場合に、アノードに水素欠が生じていると判定して、一時開弁のタイミングを早めることにより、燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
As can be seen from the above, the cell voltage after the temporary opening of the cell voltage when the hydrogen deficiency occurs at the anode is higher than that when the hydrogen deficiency does not occur at the anode. The peak of is high, and the amount of voltage drop per unit time of the cell voltage after the peak is large. Therefore, during the anode dead-end operation, the
以上説明した、本実施例の燃料電池システム11によれば、アノードデッドエンド運転中に、一時開弁後のセル電圧上昇量ΔVcelが前回の一時開弁後のセル電圧上昇量ΔVcelαより大きく(ΔVcelα<ΔVcel)、かつ、ピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtの絶対値が前回のピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtαの絶対値より大きい(|dVcel/dtα|<|dVcel/dt|)場合に、出口弁280の開弁のタイミングを早めるため、燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
According to the
具体的には、一時開弁後のセル電圧は、アノードに水素欠が生じている場合には、アノードに水素欠が生じていない場合と比べて、一時開弁後のセル電圧Vcelのピークが高く、また、ピーク後のセル電圧の単位時間当たりの電圧降下量が大きい。よって、セル電圧上昇量ΔVcelが前回のセル電圧上昇量ΔVcelαより大きく(ΔVcelα<ΔVcel)、かつ、ピーク後のセル電圧の電圧変化dVcel/dtの絶対値が前回のセル電圧の電圧変化dVcel/dtαの絶対値より大きい(|dVcel/dtα|<|dVcel/dt|)場合には、アノードに水が滞留することにより水素欠が生じている可能性が高いため、一時開弁のタイミングを早めることにより、燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。 Specifically, the cell voltage after the temporary valve opening has a peak of the cell voltage Vcel after the temporary valve opening when the anode is depleted of hydrogen compared to when the anode is devoid of hydrogen. The voltage drop amount per unit time of the cell voltage after the peak is high. Therefore, the cell voltage increase amount ΔVcel is larger than the previous cell voltage increase amount ΔVcelα (ΔVcelα <ΔVcel), and the absolute value of the voltage change dVcel / dt of the cell voltage after the peak is the voltage change dVcel / dtα of the previous cell voltage. If it is larger than the absolute value (| dVcel / dtα | <| dVcel / dt |), there is a high possibility that hydrogen deficiency occurs due to water remaining in the anode. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において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。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
C1.変形例1:
第1実施例では、燃料電池システム10の始動時におけるセル電圧の電圧変化(dVocv/dt)を用いて封止弁340の異常を判定する構成について説明したが、始動時におけるセル電圧の電圧変化(dVocv/dt)用いて判定できる内容は、封止弁340の故障に限定されず、アノードの水素欠を引き起こす種々の状態が発生しているか否かを判定することができる。例えば、燃料電池システム10は、始動時におけるセル電圧の電圧変化(dVocv/dt)用いて、アノードの水素欠が発生しているか否か自体を判定するシステムとして実現することが可能であり、また、酸化ガス排出流路351dから空気が流入しない構成であれば、酸化ガス供給流路351cから空気が流入しているか否かを判定するシステムとしても実現することができる。
C1. Modification 1:
In the first embodiment, the configuration for determining the abnormality of the sealing
C2.変形例2:
第1実施例では、セル電圧Vocvの単位時間当たりの電圧変化(dVocv/dt)を用いて、封止弁340が故障しているか否かを判定する構成としていたが、封止弁340が故障している場合には、カソードの電位が1(V)よりも高くなることから、例えば、異常検出部912は、電圧変化(dVocv/dt)ではなく、セル電圧Vocvが閾値(例えば1V)を超えているか否かにより、封止弁340が故障しているか否かを判定する構成としてもよい。
C2. Modification 2:
In the first embodiment, it is configured to determine whether or not the sealing
C3.変形例3:
第1実施例では、燃料電池の始動時に、燃料電池100のアノードに燃料ガスが供給された後に、カソードに酸化ガスが供給される構成として説明したが、燃料電池100に対して燃料ガスおよび酸化ガスが供給されるタイミングは上記に限定されない。例えば、燃料電池100のアノードへの燃料ガスの供給とカソードへの酸化ガスの供給は同時におこなわれてもよいし、カソードへの酸化ガスの供給が先におこなわれてもよい。この場合であっても、封止弁340の故障により、アノードの内部に酸素が存在する場合には、後に供給される水素との間で電気化学反応が生じ内部回路が形成されるため、封止弁340の異常を容易に検出することができる。
C3. Modification 3:
In the first embodiment, the fuel gas is supplied to the anode of the
C4.変形例4:
第2実施例の燃料電池システム11は、水素の循環経路を備えていない点以外は第1実施例の燃料電池システム10と同様の構成として説明したが、第2実施例の燃料電池システム11は、アノードデッドエンドシステムであれば、図6で示した構成の全てを備えている必要はなく、図6で示した構成の一部を備えていなくても実現することができる。例えば、燃料電池システム11は、封止弁340を備えていなくても実現することができる。
C4. Modification 4:
The
C5.変形例5:
本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、異常検出装置や、燃料電池システムを備える燃料電池車両のほか、異常判定方法や、燃料電池システムの制御方法などの形態で実現することができる。
C5. Modification 5:
The present invention can be realized in various modes, for example, in the form of an abnormality detection device, a fuel cell vehicle including a fuel cell system, an abnormality determination method, a control method of the fuel cell system, and the like. can do.
10,11…燃料電池システム
100…燃料電池
110…燃料電池セル
111…ターミナルプレート
200,201…燃料ガス供給系
210…水素タンク
220…流量調整部
230…加湿調整部
240…循環コンプレッサ
250…気液分離部
260…切換弁
271…燃料ガス流路
280…出口弁
300…酸化ガス供給系
310…吸気口
320…コンプレッサ
330…加湿調整部
340…封止弁
351…酸化ガス流路
390…排気口
400…燃料電池冷却系
410…ラジエータ
420…冷媒温度センサ
430…冷媒循環ポンプ
441…冷媒流路
500…負荷装置
550…インバータ
560…電流センサ
600…電源切換スイッチ
700…バッテリー
800…セルモニタ
900…システムコントローラ
910…CPU
911…制御部
912…異常検出部
920…ROM
930…RAM
DESCRIPTION OF
911 ...
930 ... RAM
Claims (5)
燃料電池と、
前記燃料電池に対して燃料ガスとしての水素を供給するための燃料ガス供給系と、
前記燃料電池に対して酸化ガスとしての酸素を供給するための酸化ガス供給系と、
前記燃料電池の停止時に、前記燃料電池に酸化ガスが供給されることを抑制するためのガス供給抑制部と、
前記燃料電池に生じる電圧を検出する電圧検出部と、
前記燃料電池の始動時であって、前記燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、前記電圧検出部により検出される前記電圧の単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する異常検出部と、を備える燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell;
A fuel gas supply system for supplying hydrogen as a fuel gas to the fuel cell;
An oxidizing gas supply system for supplying oxygen as an oxidizing gas to the fuel cell;
A gas supply suppressing unit for suppressing the supply of oxidizing gas to the fuel cell when the fuel cell is stopped;
A voltage detector for detecting a voltage generated in the fuel cell;
When detecting the state in which the increase amount per unit time of the voltage detected by the voltage detection unit is negative when the fuel cell is started and fuel gas is supplied to the fuel cell, An abnormality detection unit that determines that an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit.
前記異常検出部は、前記燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、前記電圧の単位時間当たりの増加量が所定の期間ゼロとなるまでの間において、前記増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
When the fuel gas is supplied to the fuel cell, the abnormality detection unit is in a state where the increase amount becomes negative until the increase amount per unit time of the voltage becomes zero for a predetermined period. A fuel cell system that, when detected, determines that an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit.
前記燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層した構成を備え、
前記電圧検出部は、各前記燃料電池セルのアノード側とカソード側との間に発生するセル電圧をそれぞれ検出し、
前記異常検出部は、前記燃料電池セルの前記セル電圧において、前記燃料電池の前記始動時に、単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell has a configuration in which a plurality of fuel cells are stacked,
The voltage detection unit detects a cell voltage generated between the anode side and the cathode side of each fuel cell,
When the abnormality detection unit detects a state in which the amount of increase per unit time is negative at the start of the fuel cell in the cell voltage of the fuel cell, an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit A fuel cell system that determines that
前記ガス供給抑制部は、前記酸化ガス供給系に配置された封止弁である、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The gas supply suppression unit is a fuel cell system, which is a sealing valve disposed in the oxidizing gas supply system.
前記燃料電池の始動時に、燃料ガスを前記燃料電池に供給する工程と、
前記燃料電池に燃料ガスが供給されているときに、前記燃料電池に生じる電圧の単位時間当たりの増加量が負となる状態を検出すると、前記ガス供給抑制部に異常が生じていると判定する工程と、を備える燃料電池システムの異常判定方法。 An abnormality determination method for a fuel cell system, comprising: a fuel cell; and a gas supply suppression unit for suppressing supply of oxidizing gas to the fuel cell when the fuel cell is stopped,
Supplying fuel gas to the fuel cell at the start of the fuel cell;
When a fuel gas is supplied to the fuel cell and a state in which the amount of increase in voltage generated in the fuel cell per unit time is negative is determined, it is determined that an abnormality has occurred in the gas supply suppression unit. And an abnormality determination method for a fuel cell system.
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