JP2013145709A - Fuel cell system and control method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for efficiently consuming oxidant gases so that an oxidant gas does not remain inside a fuel cell after an operation has stopped.SOLUTION: A control unit of a fuel cell system performs fuel cell operation end processing as follows: In step S10, the control unit stops cathode gas supply to the fuel cell. In step S20, the control unit calculates a power generation amount necessary to consume the cathode gases remaining in the fuel cell. In step S30, the control unit performs residual cathode gas consumption processing which reduces an amount of cathode gases remaining in the fuel cell by periodically repeating an increase and a decrease in fuel cell current. In step S40, the control unit stops anode gas supply to the fuel cell.

Description

この発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は、反応ガスとして酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する。ここで、運転停止後の燃料電池では、燃料ガスが消費され尽くした後にも酸化剤ガスが残留していると、カソード側において、カーボン等の電極を構成する部材の酸化が発生してしまう場合があることが知られている。   The fuel cell generates power by receiving supply of oxidant gas and fuel gas as reaction gases. Here, in the fuel cell after the operation is stopped, if the oxidant gas remains even after the fuel gas is completely consumed, the oxidation of the members constituting the electrode such as carbon occurs on the cathode side. It is known that there is.

これまで、燃料電池の運転停止時に酸化剤ガスを消費してしまうことにより、運転終了後の燃料電池の内部に酸化剤ガスが残留してしまうことを抑制する種々の技術が提案されてきた（下記特許文献１等）。しかし、そうした運転停止後の燃料電池に残留する酸化剤ガスの量を低減させるための酸化剤ガスの消費処理を効率的に実行することについては十分に工夫がなされてこなかった。   So far, various techniques have been proposed for suppressing the oxidant gas from remaining in the fuel cell after the operation is completed by consuming the oxidant gas when the fuel cell is stopped. Patent Document 1 below). However, it has not been sufficiently devised to efficiently perform the oxidant gas consumption treatment for reducing the amount of oxidant gas remaining in the fuel cell after the operation is stopped.

特開２０１０−０８６９３９号公報JP 2010-086939 A 特開２００６−１３４７４１号公報JP 2006-134741 A 特開２０１１−０９０８２３号公報JP 2011-090823 A

本発明は、運転停止後の燃料電池の内部に酸化剤ガスが残留しないように、酸化剤ガスを効率的に消費する技術を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the technique which consumes oxidant gas efficiently so that oxidant gas may not remain inside the fuel cell after a stop of operation.

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

［適用例１］
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスとして酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記燃料電池の発電を制御するとともに、前記燃料電池に対する反応ガスの供給量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の運転を停止する際に、前記酸化剤ガスの供給を停止させた状態、または、前記酸化剤ガスの供給量を前記酸化剤ガスの消費量より低減させた状態で、前記燃料電池の電流の増大と低下とを周期的に繰り返して、前記燃料電池に残留する前記酸化剤ガスの量を低減させるガス消費処理を実行する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、燃料電池の運転停止時に、燃料電池内の酸化剤ガスを、燃料電池にかかる負荷を抑制しつつ、速やかに消費して低減させることができる。従って、酸化剤ガスの残留による燃料電池の劣化を、確実に抑制することができる。 [Application Example 1]
A fuel cell system, a fuel cell, an oxidant gas supply unit that supplies an oxidant gas as a reaction gas to the fuel cell, a power generation amount of the fuel cell and a supply amount of the reaction gas to the fuel cell A controller that controls the oxidant gas when the fuel cell operation is stopped, or the supply amount of the oxidant gas is reduced to the oxidation amount. A gas consumption process for reducing the amount of the oxidant gas remaining in the fuel cell by periodically increasing and decreasing the current of the fuel cell while reducing the amount of the oxidant gas is consumed. , Fuel cell system.
According to this fuel cell system, when the operation of the fuel cell is stopped, the oxidant gas in the fuel cell can be quickly consumed and reduced while suppressing the load on the fuel cell. Therefore, deterioration of the fuel cell due to residual oxidant gas can be reliably suppressed.

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池の出力する電力を蓄電可能な二次電池を備え、前記制御部は、前記ガス消費処理において前記燃料電池が出力する電力を、前記二次電池に蓄電する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、ガス消費処理において燃料電池によって発電された電力を有効利用することができる。 [Application Example 2]
The fuel cell system according to Application Example 1, further including a secondary battery capable of storing electric power output from the fuel cell, wherein the control unit outputs electric power output from the fuel cell in the gas consumption process. A fuel cell system for storing electricity in the secondary battery.
According to this fuel cell system, the power generated by the fuel cell can be effectively used in the gas consumption process.

［適用例３］
適用例１または適用例２記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池に反応ガスとして燃料ガスを供給する燃料ガス供給部を備え、前記制御部は、前記燃料ガスの供給を継続させつつ、前記酸化剤ガスの供給を停止させた状態で、前記ガス消費処理を実行し、前記ガス消費処理の実行後に、前記燃料ガスの供給を停止させる、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、酸化剤ガスの供給が停止された後に、ガス消費処理が実行されるため、運転終了後の燃料電池に残留する酸化剤ガスの量を確実に低減させることができる。また、ガス消費処理の実行後に、燃料ガスの供給が停止されるため、運転終了後の燃料電池に残留している酸化剤ガスの量に対する燃料ガスの不足によって生じる燃料電池の劣化を抑制することができる。 [Application Example 3]
The fuel cell system according to Application Example 1 or Application Example 2, further including a fuel gas supply unit that supplies a fuel gas as a reaction gas to the fuel cell, and the control unit continues to supply the fuel gas. However, the fuel cell system performs the gas consumption process in a state where the supply of the oxidant gas is stopped, and stops the supply of the fuel gas after the execution of the gas consumption process.
According to this fuel cell system, since the gas consumption process is performed after the supply of the oxidant gas is stopped, the amount of the oxidant gas remaining in the fuel cell after the operation can be reliably reduced. . In addition, since the supply of the fuel gas is stopped after the gas consumption process is executed, the deterioration of the fuel cell caused by the shortage of the fuel gas with respect to the amount of the oxidant gas remaining in the fuel cell after the operation is suppressed is suppressed. Can do.

［適用例４］
適用例１〜３のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記ガス消費処理の実行中に前記燃料電池の内部に存在する前記酸化剤ガスの量に基づいて、前記ガス消費処理における発電量を決定する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、消費すべき酸化剤ガスの量を特定した上で、ガス消費処理における発電量を決定することができるため、より効率的に、ガス消費処理を実行することが可能である。 [Application Example 4]
The fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the control unit is configured based on an amount of the oxidant gas present in the fuel cell during execution of the gas consumption process. A fuel cell system that determines the amount of power generated in gas consumption processing.
According to this fuel cell system, it is possible to determine the amount of oxidant gas to be consumed and determine the power generation amount in the gas consumption process, so that the gas consumption process can be executed more efficiently. It is.

［適用例５］
反応ガスとして酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の運転を停止する際に、前記酸化剤ガスの供給を停止させた状態、または、前記酸化剤ガスの供給量を前記酸化剤ガスの消費量より低減させた状態で、前記燃料電池の電流の増大と低下とを周期的に繰り返して、前記燃料電池に残留する前記酸化剤ガスの量を低減させるガス消費処理を実行する、制御方法。
この燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池の運転停止時に、燃料電池内の酸化剤ガスを、燃料電池にかかる負荷を抑制しつつ、速やかに消費して低減させることができる。従って、酸化剤ガスの残留による燃料電池の劣化を、確実に抑制することができる。 [Application Example 5]
A control method of a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving supply of an oxidant gas as a reaction gas, wherein the supply of the oxidant gas is stopped when the operation of the fuel cell is stopped. Alternatively, in a state where the supply amount of the oxidant gas is less than the consumption amount of the oxidant gas, the increase and decrease of the current of the fuel cell are periodically repeated to leave the oxidant remaining in the fuel cell. The control method which performs the gas consumption process which reduces the quantity of gas.
According to this control method of the fuel cell system, when the operation of the fuel cell is stopped, the oxidant gas in the fuel cell can be quickly consumed and reduced while suppressing the load on the fuel cell. Therefore, deterioration of the fuel cell due to residual oxidant gas can be reliably suppressed.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両、それら燃料電池システムや車両の制御方法および制御装置、それらの制御方法または制御装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms, for example, a fuel cell system, a vehicle equipped with the fuel cell system, a control method and a control device for the fuel cell system and a vehicle, and a control method therefor Alternatively, the present invention can be realized in the form of a computer program for realizing the function of the control device, a recording medium on which the computer program is recorded, or the like.

燃料電池システムの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of a fuel cell system. 燃料電池システムの電気的構成を示す概略図。Schematic which shows the electrical structure of a fuel cell system. 燃料電池の運転終了処理の実行手順を示す説明図。Explanatory drawing which shows the execution procedure of the driving | operation completion | finish process of a fuel cell. 一時的電流増大制御を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating temporary electric current increase control. 一時的電流増大制御の実行時における燃料電池のＩ−Ｖ特性に変化を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating a change to the IV characteristic of a fuel cell at the time of execution of temporary electric current increase control.

A．実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム１００は、燃料電池車両などの移動体に搭載され、運転者からの要求に応じて、駆動力源に用いられる電力を出力する。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、カソードガス供給部３０と、カソードガス排出部４０と、アノードガス供給部５０と、アノードガス循環排出部６０と、を備える。 A. Example:
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell system as an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 is mounted on a moving body such as a fuel cell vehicle, and outputs electric power used for a driving force source in response to a request from a driver. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 10, a control unit 20, a cathode gas supply unit 30, a cathode gas discharge unit 40, an anode gas supply unit 50, and an anode gas circulation / discharge unit 60.

燃料電池１０は、反応ガスとして、燃料ガス（アノードガス）である水素と、酸化剤ガス（カソードガス）である空気の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、単セルとも呼ばれる複数の発電体１１が積層されたスタック構造を有する。各発電体１１は、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体（図示せず）と、膜電極接合体を狭持する２枚のセパレータ（図示せず）とを有する。   The fuel cell 10 is a solid polymer fuel cell that generates power by receiving supply of hydrogen as a fuel gas (anode gas) and air as an oxidant gas (cathode gas) as reaction gases. The fuel cell 10 has a stack structure in which a plurality of power generators 11 called single cells are stacked. Each power generation body 11 has a membrane electrode assembly (not shown) that is a power generation body in which electrodes are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane, and two separators (not shown) that sandwich the membrane electrode assembly. .

ここで、電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成することができる。また、電極は、発電反応を促進させるための触媒が担持された導電性粒子によって構成することができる。触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）を採用することができ、導電性粒子としては、例えば、カーボン（Ｃ）粒子を採用することができる。   Here, the electrolyte membrane can be composed of a solid polymer thin film that exhibits good proton conductivity in a wet state. The electrode can be composed of conductive particles carrying a catalyst for promoting a power generation reaction. As the catalyst, for example, platinum (Pt) can be adopted, and as the conductive particles, for example, carbon (C) particles can be adopted.

制御部２０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部２０は、外部からの出力要求を受け付け、その要求に応じて、以下に説明する各構成部を制御し、燃料電池１０に発電させる。また、制御部２０は、燃料電池システム１００が搭載された移動体の運転終了に伴って、燃料電池１０の運転を終了する際に、後述する運転終了処理を実行する。   The control unit 20 is configured by a microcomputer including a central processing unit and a main storage device. The control unit 20 receives an output request from the outside, controls each component described below in accordance with the request, and causes the fuel cell 10 to generate power. In addition, when the operation of the fuel cell 10 is terminated along with the termination of the operation of the mobile body on which the fuel cell system 100 is mounted, the control unit 20 performs an operation termination process described later.

カソードガス供給部３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、エアフロメータ３３と、加湿部３４と、開閉弁３５と、を備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側の供給用マニホールド（図示せず）に接続された配管である。エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されており、外気を取り込んで圧縮した空気を、カソードガスとして燃料電池１０に供給する。   The cathode gas supply unit 30 includes a cathode gas pipe 31, an air compressor 32, an air flow meter 33, a humidification unit 34, and an on-off valve 35. The cathode gas pipe 31 is a pipe connected to a supply manifold (not shown) on the cathode side of the fuel cell 10. The air compressor 32 is connected to the fuel cell 10 via the cathode gas pipe 31 and supplies air compressed by taking in outside air to the fuel cell 10 as cathode gas.

エアフロメータ３３は、エアコンプレッサ３２の上流側において、エアコンプレッサ３２が取り込む外気の量を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、この計測値に基づいて、エアコンプレッサ３２を駆動することにより、燃料電池１０に対する空気の供給量を制御する。   The air flow meter 33 measures the amount of outside air taken in by the air compressor 32 on the upstream side of the air compressor 32, and transmits it to the control unit 20. The control unit 20 controls the amount of air supplied to the fuel cell 10 by driving the air compressor 32 based on the measured value.

加湿部３４は、制御部２０の指令に応じた加湿量で、カソードガス配管３１を流通する空気を加湿する。開閉弁３５は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられている。開閉弁３５は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。   The humidifying unit 34 humidifies the air flowing through the cathode gas pipe 31 with a humidification amount according to a command from the control unit 20. The on-off valve 35 is provided between the air compressor 32 and the fuel cell 10. The on-off valve 35 is normally in a closed state and opens when air having a predetermined pressure is supplied from the air compressor 32 to the cathode gas pipe 31.

カソードガス排出部４０は、カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３と、圧力計測部４４と、温度計測部４５と、を備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側の排出用マニホールド（図示せず）に接続された配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。なお、カソード排ガス配管４１は、加湿部３４と接続されている。加湿部３４は、カソード排ガスに含まれる燃料電池１０の排水を加湿に用いる。   The cathode gas discharge unit 40 includes a cathode exhaust gas pipe 41, a pressure regulating valve 43, a pressure measurement unit 44, and a temperature measurement unit 45. The cathode exhaust gas pipe 41 is a pipe connected to a discharge manifold (not shown) on the cathode side of the fuel cell 10, and discharges the cathode exhaust gas to the outside of the fuel cell system 100. The cathode exhaust gas pipe 41 is connected to the humidifying unit 34. The humidifier 34 uses the waste water of the fuel cell 10 contained in the cathode exhaust gas for humidification.

調圧弁４３は、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）を調整する。圧力計測部４４は、調圧弁４３の上流側に設けられており、カソード排ガスの圧力を計測し、その計測値を制御部２０に送信する。制御部２０は、圧力計測部４４の計測値に基づいて調圧弁４３の開度を調整する。温度計測部４５は、燃料電池１０の近傍に設けられており、カソード排ガスの温度を検出して制御部２０に送信する。   The pressure regulating valve 43 adjusts the pressure of the cathode exhaust gas in the cathode exhaust gas pipe 41 (back pressure on the cathode side of the fuel cell 10). The pressure measurement unit 44 is provided on the upstream side of the pressure regulating valve 43, measures the pressure of the cathode exhaust gas, and transmits the measured value to the control unit 20. The control unit 20 adjusts the opening degree of the pressure regulating valve 43 based on the measurement value of the pressure measurement unit 44. The temperature measurement unit 45 is provided in the vicinity of the fuel cell 10, detects the temperature of the cathode exhaust gas, and transmits it to the control unit 20.

アノードガス供給部５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６とを備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノード側の供給用マニホールド（図示せず）と接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。   The anode gas supply unit 50 includes an anode gas pipe 51, a hydrogen tank 52, an on-off valve 53, a regulator 54, a hydrogen supply device 55, and a pressure measurement unit 56. The hydrogen tank 52 is connected to a supply manifold (not shown) on the anode side of the fuel cell 10 via the anode gas pipe 51, and supplies hydrogen filled in the tank to the fuel cell 10.

開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６とは、アノードガス配管５１に、この順序で、上流側（水素タンク５２側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２から水素供給装置５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、水素供給装置５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁であり、その開度が制御部２０によって制御されている。   The on-off valve 53, the regulator 54, the hydrogen supply device 55, and the pressure measuring unit 56 are provided in the anode gas pipe 51 in this order from the upstream side (hydrogen tank 52 side). The on-off valve 53 opens and closes according to a command from the control unit 20 and controls the inflow of hydrogen from the hydrogen tank 52 to the upstream side of the hydrogen supply device 55. The regulator 54 is a pressure reducing valve for adjusting the pressure of hydrogen on the upstream side of the hydrogen supply device 55, and its opening degree is controlled by the control unit 20.

水素供給装置５５は、例えば、電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成することができる。圧力計測部５６は、水素供給装置５５の下流側の水素の圧力を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、圧力計測部５６の計測値に基づき、水素供給装置５５を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素量を制御する。   The hydrogen supply device 55 can be configured by, for example, an injector that is an electromagnetically driven on-off valve. The pressure measurement unit 56 measures the pressure of hydrogen on the downstream side of the hydrogen supply device 55 and transmits it to the control unit 20. The control unit 20 controls the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 10 by controlling the hydrogen supply device 55 based on the measurement value of the pressure measurement unit 56.

アノードガス循環排出部６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６と、圧力計測部６７とを備える。アノード排ガス配管６１は、燃料電池１０のアノード側の排出用マニホールド（図示せず）と気液分離部６２とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離部６２へと誘導する。   The anode gas circulation discharge unit 60 includes an anode exhaust gas pipe 61, a gas-liquid separation unit 62, an anode gas circulation pipe 63, a hydrogen circulation pump 64, an anode drain pipe 65, a drain valve 66, and a pressure measurement unit 67. With. The anode exhaust gas pipe 61 is a pipe that connects a discharge manifold (not shown) on the anode side of the fuel cell 10 and the gas-liquid separator 62, and is an unreacted gas (such as hydrogen or hydrogen) that has not been used for the power generation reaction. The anode exhaust gas containing nitrogen and the like is guided to the gas-liquid separator 62.

気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３と、アノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。   The gas-liquid separator 62 is connected to the anode gas circulation pipe 63 and the anode drain pipe 65. The gas-liquid separator 62 separates the gas component and moisture contained in the anode exhaust gas, guides the gas component to the anode gas circulation pipe 63, and guides the moisture to the anode drain pipe 65.

アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１の水素供給装置５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられており、この水素循環用ポンプ６４によって、気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、アノードガス配管５１へと送り出される。このように、この燃料電池システム１００では、アノード排ガスに含まれる水素を循環させて、再び燃料電池１０に供給する。   The anode gas circulation pipe 63 is connected downstream of the hydrogen supply device 55 of the anode gas pipe 51. The anode gas circulation pipe 63 is provided with a hydrogen circulation pump 64, and hydrogen contained in the gas component separated in the gas-liquid separation unit 62 by the hydrogen circulation pump 64 is supplied to the anode gas pipe 51. Sent out. Thus, in this fuel cell system 100, the hydrogen contained in the anode exhaust gas is circulated and supplied to the fuel cell 10 again.

アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６６は、アノード排水配管６５に設けられており、制御部２０からの指令に応じて開閉する。制御部２０は、燃料電池システム１００の運転中は、通常、排水弁６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁６６を開く。   The anode drain pipe 65 is a pipe for discharging the water separated in the gas-liquid separator 62 to the outside of the fuel cell system 100. The drain valve 66 is provided in the anode drain pipe 65 and opens and closes according to a command from the control unit 20. During operation of the fuel cell system 100, the control unit 20 normally closes the drain valve 66 and opens the drain valve 66 at a predetermined drain timing set in advance or a discharge timing of the inert gas in the anode exhaust gas. .

アノードガス循環排出部６０の圧力計測部６７は、アノード排ガス配管６１に設けられている。圧力計測部６７は、燃料電池１０のアノード側の排出用マニホールドの出口近傍において、アノード排ガスの圧力（燃料電池１０のアノード側の背圧）を計測し、制御部２０に送信する。   The pressure measuring unit 67 of the anode gas circulation discharge unit 60 is provided in the anode exhaust gas pipe 61. The pressure measuring unit 67 measures the pressure of the anode exhaust gas (back pressure on the anode side of the fuel cell 10) in the vicinity of the outlet of the discharge manifold on the anode side of the fuel cell 10, and transmits it to the control unit 20.

なお、図示および詳細な説明は省略するが、燃料電池システム１００は、燃料電池１０の各発電体１１を冷却するための冷媒を燃料電池１０に供給する冷媒供給部を備えるものとしても良い。また、燃料電池システム１００は、外気温や燃料電池車両の車両情報を取得するための各種のセンサ類を備えるものとしても良い。   Although illustration and detailed description are omitted, the fuel cell system 100 may include a refrigerant supply unit that supplies the fuel cell 10 with a refrigerant for cooling each power generator 11 of the fuel cell 10. The fuel cell system 100 may include various sensors for acquiring outside air temperature and vehicle information of the fuel cell vehicle.

図２は、燃料電池システム１００の電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、二次電池８１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２と、ＤＣ／ＡＣインバータ８３とを備える。また、燃料電池システム１００は、セル電圧計測部９１と、電流計測部９２と、ＳＯＣ検出部９４と、開閉スイッチ９５と、を備える。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrical configuration of the fuel cell system 100. The fuel cell system 100 includes a secondary battery 81, a DC / DC converter 82, and a DC / AC inverter 83. The fuel cell system 100 includes a cell voltage measurement unit 91, a current measurement unit 92, an SOC detection unit 94, and an open / close switch 95.

燃料電池１０は、直流配線ＤＣＬを介してＤＣ／ＡＣインバータ８３に接続されており、ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、移動体の駆動力源であるモータ２００に接続されている。二次電池８１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を介して、直流配線ＤＣＬに接続されている。   The fuel cell 10 is connected to a DC / AC inverter 83 via a DC wiring DCL, and the DC / AC inverter 83 is connected to a motor 200 that is a driving force source of the moving body. The secondary battery 81 is connected to the DC wiring DCL via the DC / DC converter 82.

二次電池８１は、燃料電池１０が出力する電力や回生電力の蓄電部として機能し、燃料電池システム１００の電力源として機能する。二次電池８１は、例えばリチウムイオン電池や、ニッケル水素電池によって構成することができる。制御部２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を制御することにより、燃料電池１０が出力する電流・電圧と、二次電池８１の充放電とを制御し、直流配線ＤＣＬの電圧レベルを可変に調整する。   The secondary battery 81 functions as a power storage unit for power output from the fuel cell 10 and regenerative power, and functions as a power source for the fuel cell system 100. The secondary battery 81 can be composed of, for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. The control unit 20 controls the DC / DC converter 82 to control the current / voltage output from the fuel cell 10 and the charging / discharging of the secondary battery 81 and variably adjust the voltage level of the DC wiring DCL. .

ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池１０や二次電池８１から得られた直流電力を交流電力へと変換し、モータ２００に供給する。そして、モータ２００によって回生電力が発生する場合には、ＤＣ／ＡＣインバータ８３が、その回生電力を直流電力に変換する。直流電力に変換された回生電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を介して二次電池８１に蓄電される。   The DC / AC inverter 83 converts DC power obtained from the fuel cell 10 and the secondary battery 81 into AC power and supplies the AC power to the motor 200. When regenerative power is generated by the motor 200, the DC / AC inverter 83 converts the regenerative power into DC power. The regenerative power converted into direct current power is stored in the secondary battery 81 via the DC / DC converter 82.

セル電圧計測部９１は、燃料電池１０の各発電体１１と接続されており、各発電体１１の電圧（セル電圧）を計測する。セル電圧計測部９１は、その計測結果を制御部２０に送信する。制御部２０は、セル電圧計測部９１の計測結果に基づき、燃料電池１０が出力する電圧を取得する。電流計測部９２は、直流配線ＤＣＬに接続されており、燃料電池１０の出力する電流値を計測し、制御部２０に送信する。   The cell voltage measurement unit 91 is connected to each power generator 11 of the fuel cell 10 and measures the voltage (cell voltage) of each power generator 11. The cell voltage measurement unit 91 transmits the measurement result to the control unit 20. The control unit 20 acquires the voltage output from the fuel cell 10 based on the measurement result of the cell voltage measurement unit 91. The current measuring unit 92 is connected to the direct current wiring DCL, measures the current value output from the fuel cell 10, and transmits it to the control unit 20.

ＳＯＣ検出部９４は、二次電池８１に接続されており、二次電池８１の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）を検出して、制御部２０に送信する。ここで、二次電池８１のＳＯＣとは、二次電池８１の充電容量に対する二次電池８１の充電残量（蓄電量）の比率を意味する。ＳＯＣ検出部９４は、二次電池８１の温度や電力、電流を計測することにより、二次電池８１のＳＯＣを検出する。制御部２０は、ＳＯＣ検出部９４の検出値に基づき、二次電池８１のＳＯＣが所定の範囲内に収まるように、二次電池８１の充放電を制御する。   The SOC detection unit 94 is connected to the secondary battery 81, detects an SOC (State of Charge) that is a charged state of the secondary battery 81, and transmits the detected state to the control unit 20. Here, the SOC of the secondary battery 81 means the ratio of the remaining charge (charged amount) of the secondary battery 81 to the charge capacity of the secondary battery 81. The SOC detection unit 94 detects the SOC of the secondary battery 81 by measuring the temperature, power, and current of the secondary battery 81. Control unit 20 controls charging / discharging of secondary battery 81 based on the detection value of SOC detection unit 94 such that the SOC of secondary battery 81 falls within a predetermined range.

開閉スイッチ９５は、直流配線ＤＣＬに設けられており、制御部２０の指令に基づき、燃料電池１０および二次電池８１と、モータ２００との間の電気的接続を制御する。制御部２０は、燃料電池１０の通常の運転時には、開閉スイッチ９５を閉じておき、後述する燃料電池１０の運転終了処理を実行するときには、開閉スイッチ９５を開く。   The open / close switch 95 is provided in the DC wiring DCL, and controls electrical connection between the fuel cell 10 and the secondary battery 81 and the motor 200 based on a command from the control unit 20. The control unit 20 closes the open / close switch 95 during normal operation of the fuel cell 10, and opens the open / close switch 95 when executing an operation end process of the fuel cell 10 described later.

ところで、燃料電池システムでは、一般に、燃料電池の発電を終了し、その運転を終了させる際には反応ガスの供給を停止する。しかし、燃料電池の運転終了後に、燃料電池の内部にアノードガスとカソードガスとがともに残留していると、それらのカソードガスとアノードガスとが互いに反応し合った後に、カソードガスのみが残留してしまう場合がある。この場合には、燃料電池のカソード側において、下記の反応式（１）のような電極を構成するカーボンの酸化反応が生じてしまい、電極が劣化してしまう可能性がある。
Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ- …（１） By the way, in the fuel cell system, generally, the power generation of the fuel cell is terminated, and when the operation is terminated, the supply of the reaction gas is stopped. However, if both anode gas and cathode gas remain inside the fuel cell after the operation of the fuel cell ends, only the cathode gas remains after the cathode gas and anode gas react with each other. May end up. In this case, on the cathode side of the fuel cell, an oxidation reaction of carbon constituting the electrode as shown in the following reaction formula (1) may occur, and the electrode may deteriorate.
C + 2H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e − (1)

そこで、本実施例の燃料電池システム１００では、制御部２０が、燃料電池１０の運転終了時に、以下に説明する運転終了処理を実行することにより、燃料電池１０に残留するカソードガスの量を低減させて、そうした燃料電池１０の劣化の発生を抑制する。   Therefore, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the control unit 20 performs the operation end process described below at the end of the operation of the fuel cell 10, thereby reducing the amount of cathode gas remaining in the fuel cell 10. Thus, the deterioration of the fuel cell 10 is suppressed.

図３は、制御部２０が実行する燃料電池１０の運転終了処理の実行手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、制御部２０は、エアコンプレッサ３２の駆動を停止して、燃料電池１０に対するカソードガスの供給を停止するとともに、調圧弁４３を閉じる。これにより、燃料電池１０のカソード側は封止された状態となる。   FIG. 3 is a flowchart showing an execution procedure of the operation end process of the fuel cell 10 executed by the control unit 20. In step S <b> 10, the control unit 20 stops driving the air compressor 32, stops supplying the cathode gas to the fuel cell 10, and closes the pressure regulating valve 43. As a result, the cathode side of the fuel cell 10 is sealed.

ステップＳ２０では、制御部２０は、燃料電池１０に残留しているカソードガス（以下、「残留カソードガス」とも呼ぶ）の物質量を算出し、残留カソードガスを消費し尽くすのに必要な燃料電池１０発電量を算出する。具体的には、制御部２０は、残留カソードガスの物質量を、残留カソードガスの圧力と、温度と、体積とを用いて算出する。   In step S20, the control unit 20 calculates the amount of cathode gas remaining in the fuel cell 10 (hereinafter also referred to as “residual cathode gas”), and the fuel cell necessary for exhausting the residual cathode gas. Calculate 10 power generation. Specifically, the control unit 20 calculates the material amount of the residual cathode gas using the pressure, temperature, and volume of the residual cathode gas.

なお、残留カソードガスの圧力および温度はそれぞれ、カソードガス排出部４０の圧力計測部４４および温度計測部４５の計測値に基いて取得することができる。また、残留カソードガスの体積は、燃料電池１０のカソード側のガス流路の容積に基いて取得することができる。   The pressure and temperature of the residual cathode gas can be acquired based on the measurement values of the pressure measurement unit 44 and the temperature measurement unit 45 of the cathode gas discharge unit 40, respectively. Further, the volume of the residual cathode gas can be obtained based on the volume of the gas flow path on the cathode side of the fuel cell 10.

ステップＳ３０では、制御部２０は、ステップＳ２０で算出した発電量を燃料電池１０に発電させて、燃料電池１０の残留カソードガスを消費するための残留カソードガス消費処理を実行する。ここで、本実施例の燃料電池システム１００では、制御部２０は、この残留カソードガス消費処理のための燃料電池１０の運転制御として、燃料電池１０の電流の一時的な増大と低下とを周期的に繰り返す一時的電流増大制御を実行する。   In step S <b> 30, the control unit 20 causes the fuel cell 10 to generate the power generation amount calculated in step S <b> 20 and executes a residual cathode gas consumption process for consuming the residual cathode gas of the fuel cell 10. Here, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the control unit 20 cycles the temporary increase and decrease of the current of the fuel cell 10 as the operation control of the fuel cell 10 for the residual cathode gas consumption processing. The temporary current increase control is repeated repeatedly.

図４は、ステップＳ３０の残留カソードガス消費処理において実行される一時的電流増大制御を説明するための説明図である。図４の上段には、一時的電流増大制御を実行しているときの燃料電池１０の出力電圧の時間変化を、縦軸を電圧軸とし、横軸を時間軸とするグラフにより図示してある。また、図４の下段には、一時的電流増大制御を実行しているときの燃料電池１０の出力電流の時間変化を、縦軸を電流軸とし、横軸を、図４の上段のグラフの時間軸と対応する時間軸とするグラフにより図示してある。   FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the temporary current increase control executed in the residual cathode gas consumption process of step S30. In the upper part of FIG. 4, the time change of the output voltage of the fuel cell 10 when the temporary current increase control is executed is illustrated by a graph with the vertical axis representing the voltage axis and the horizontal axis representing the time axis. . In the lower part of FIG. 4, the temporal change of the output current of the fuel cell 10 when the temporary current increase control is executed is represented by the vertical axis representing the current axis and the horizontal axis representing the upper graph of FIG. 4. It is illustrated by a graph with a time axis corresponding to the time axis.

一時的電流増大制御では、制御部２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２を制御して、燃料電池１０の出力電圧を以下のように周期的に変動させることにより、燃料電池１０の出力電流を、燃料電池１０の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）に従って変動させる。具体的には、制御部２０は、燃料電池１０の出力電圧を、電圧Ｖａから電圧Ｖｌまで低下させ、電圧Ｖｌを所定の時間ｔａだけ保持した後、電圧Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）まで上昇させる。そして、電圧Ｖｂまで上昇させた後、所定の時間ｔｂの間に、電圧をＶａまで低下させ、所定の時間ｔｂが経過したときに、再び燃料電池１０の出力電圧を電圧Ｖａから電圧Ｖｌまで低下させる。   In the temporary current increase control, the control unit 20 controls the DC / DC converter 82 to periodically change the output voltage of the fuel cell 10 as follows, thereby changing the output current of the fuel cell 10 to the fuel. It is varied according to the current-voltage characteristics (IV characteristics) of the battery 10. Specifically, the control unit 20 decreases the output voltage of the fuel cell 10 from the voltage Va to the voltage Vl, holds the voltage Vl for a predetermined time ta, and then increases the voltage Vb (Vb> Va). Then, after increasing the voltage to Vb, the voltage is decreased to Va for a predetermined time tb, and when the predetermined time tb has elapsed, the output voltage of the fuel cell 10 is decreased again from the voltage Va to the voltage Vl. Let

これにより、燃料電池１０の出力電流は、電圧変動の周期と同様な周期Ｔで、所定の時間ｔａの間、比較的高い電流Ｉｈが保持された後に、所定の時間ｔｂの間、比較的低い電流Ｉｌが保持される（Ｔ＝ｔａ＋ｔｂ）。より具体的には、電圧の低下と上昇を行う各周期ごとに、比較的高い電流Ｉｈn，Ｉｈn+1，Ｉｈn+2，Ｉｈn+3，…と、比較的低い電流Ｉｌn，Ｉｌn+1，Ｉｌn+2，Ｉｌn+3，…とが交互に繰り返される。ここで、ｎは自然数であり、電流Ｉｈ，Ｉｌの添え字は、一時的電圧増大制御において、電圧Ｖｌから電圧Ｖｂまで電圧を一時的に増大させた回数に相当する。 Thus, the output current of the fuel cell 10 is relatively low for a predetermined time tb after a relatively high current Ih is maintained for a predetermined time ta at a period T similar to the period of voltage fluctuation. The current Il is held (T = ta + tb). More specifically, a relatively high current Ih n , Ih n + 1 , Ih n + 2 , Ih n + 3 ,..., And relatively low currents Il n ,. Il n + 1 , Il n + 2 , Il n + 3 ,... Are alternately repeated. Here, n is a natural number, and the subscripts of the currents Ih and Il correspond to the number of times that the voltage is temporarily increased from the voltage Vl to the voltage Vb in the temporary voltage increase control.

ここで、この一時的電流増大制御では、図４（Ｂ）に示すように、電流値Ｉｈ，Ｉｌは、次第に低下していく。この理由は、燃料電池１０の残留カソードガスの減少に伴い、燃料電池１０のＩ−Ｖ特性が、発電効率が低下する方向に変化していくためである。   Here, in this temporary current increase control, as shown in FIG. 4B, the current values Ih and Il gradually decrease. This is because the IV characteristic of the fuel cell 10 changes in a direction in which the power generation efficiency decreases as the residual cathode gas of the fuel cell 10 decreases.

一時的電流増大制御における電圧の変動周期Ｔや、その実行期間、電圧の制御値は、一時的電流増大制御の開始前に、ステップＳ２０において算出された、残留カソードガスを消費し尽くすのに必要な燃料電池１０発電量に基づいて設定される。なお、この制御値の設定の際には、予め取得しておいたカソード残留ガスの減少に伴う発電効率の低下の度合いを反映させることが望ましい。   The voltage fluctuation period T, the execution period, and the voltage control value in the temporary current increase control are necessary for exhausting the residual cathode gas calculated in step S20 before the start of the temporary current increase control. The fuel cell 10 is set based on the power generation amount. In setting the control value, it is desirable to reflect the degree of decrease in power generation efficiency accompanying the decrease in cathode residual gas acquired in advance.

ところで、この一時的電流増大制御では、燃料電池１０の出力電圧の低下を開始するときの電圧Ｖａより、燃料電池１０の出力電圧の上昇させたときの電圧Ｖｂを大きくしている。この理由は、以下に説明するように、燃料電池１０のＩ−Ｖ特性が一時的に変化するためである。   By the way, in this temporary current increase control, the voltage Vb when the output voltage of the fuel cell 10 is increased is made larger than the voltage Va when the decrease of the output voltage of the fuel cell 10 is started. This is because the IV characteristic of the fuel cell 10 temporarily changes as will be described below.

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、一時的電流増大制御の実行時における燃料電池１０のＩ−Ｖ特性に変化を説明するための説明図である。図５（Ａ），（Ｂ）のグラフは、本実施例の燃料電池１０と同様な燃料電池を用いた実験により得られたものである。図５（Ａ）は、燃料電池の電流の時間変化を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、燃料電池の電圧の時間変化を示すグラフである。図５（Ａ），（Ｂ）のグラフはそれぞれ、時間軸を互いに対応させて図示してある。   FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams for explaining a change in the IV characteristic of the fuel cell 10 when the temporary current increase control is executed. The graphs of FIGS. 5A and 5B are obtained by experiments using a fuel cell similar to the fuel cell 10 of the present embodiment. FIG. 5A is a graph showing the time change of the current of the fuel cell, and FIG. 5B is a graph showing the time change of the voltage of the fuel cell. The graphs of FIGS. 5A and 5B are illustrated with their time axes corresponding to each other.

この実験では、時刻ｔ1〜ｔ2の間に、燃料電池の電流を、Ｉ1からＩ2に増大させ、Ｉ2で一時的に保持した後、再びＩ1まで低下させた（図５（Ａ））。このとき、燃料電池の電圧は、電流の増大に伴って、Ｖ1からＶ2まで低下したが、電流を元の電流値Ｉ1に復帰させたとき（時刻ｔ2）には、元の電圧Ｖ1よりも高い電圧Ｖ3となり、その後も元の電圧Ｖ1より高い電圧がしばらく維持された（図５（Ｂ））。 In this experiment, between times t 1 ~t 2, the current of the fuel cell increases from I 1 to I 2, after temporarily held in I 2, (Figure 5 was lowered to I 1 again ( A)). At this time, the voltage of the fuel cell decreased from V 1 to V 2 as the current increased, but when the current was returned to the original current value I 1 (time t 2 ), the original voltage The voltage V 3 was higher than V 1 , and the voltage higher than the original voltage V 1 was maintained for a while (FIG. 5B).

図５（Ｃ）は、一時的に電圧を低下させた後の電圧の上昇を燃料電池のＩ−Ｖ特性によって説明するための説明図である。図５（Ｃ）には、時刻ｔ1（燃料電池の電圧を低下させる前）における燃料電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフを破線で図示し、時刻ｔ2（燃料電池の電圧を回復させた後）における燃料電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフを実線で図示してある。 FIG. 5C is an explanatory diagram for explaining the increase in voltage after the voltage is temporarily decreased by the IV characteristic of the fuel cell. In FIG. 5C, a graph showing the IV characteristic of the fuel cell at time t 1 (before the voltage of the fuel cell is lowered) is shown by a broken line, and time t 2 (the voltage of the fuel cell is recovered). A graph showing the IV characteristics of the fuel cell in (after) is shown by a solid line.

図５（Ａ），（Ｂ）に示されたように、一時的に電流を増大させた後に、燃料電池の電流と電圧とが対応しなくなったのは、図５（Ｃ）に示すように、燃料電池のＩ−Ｖ特性が、燃料電池の発電効率が向上する方向に変化したためである。このＩ−Ｖ特性の変化は、一時的な電流の増大によって、燃料電池内部の水分の増加がもたらされ、電解質膜の乾燥領域の減少や、触媒の酸化被膜の減少／活性化などが促進されるために生じるものである。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the current and voltage of the fuel cell no longer correspond to each other after temporarily increasing the current as shown in FIG. 5C. This is because the IV characteristics of the fuel cell have changed in a direction that improves the power generation efficiency of the fuel cell. This change in IV characteristics causes an increase in moisture inside the fuel cell due to a temporary increase in current, which promotes a decrease in the dry area of the electrolyte membrane and a decrease / activation of the oxide film of the catalyst. Is what happens.

このように、一時的電流増大制御では、制御部２０は、燃料電池１０の出力電流を、周期的に著しく増大させる。この電流の増大により、燃料電池１０の残留カソードガスの消費を促進させることができる。一方、一時的電流増大制御における電流の増大は、間欠的であるため、残留カソードガスの消費に伴う生成水量の急激な増大による、いわゆるフラッディングの発生や、燃料電池１０の高温状態の継続が抑制される。   As described above, in the temporary current increase control, the control unit 20 periodically significantly increases the output current of the fuel cell 10. Due to this increase in current, consumption of the residual cathode gas of the fuel cell 10 can be promoted. On the other hand, since the current increase in the temporary current increase control is intermittent, the occurrence of so-called flooding due to a sudden increase in the amount of generated water accompanying the consumption of residual cathode gas and the continuation of the high temperature state of the fuel cell 10 are suppressed. Is done.

即ち、一時的電流増大制御であれば、燃料電池１０におけるフラッディングや、高温運転による性能劣化等の不具合の発生を抑制しつつ、残留カソードガスを消費するための大電流を発生させることが可能である。従って、燃料電池１０の残留カソードガスの消費を円滑、かつ、速やかに実行することができる。   That is, with the temporary current increase control, it is possible to generate a large current for consuming residual cathode gas while suppressing the occurrence of problems such as flooding in the fuel cell 10 and performance deterioration due to high temperature operation. is there. Therefore, consumption of the residual cathode gas of the fuel cell 10 can be executed smoothly and promptly.

また、図４（Ｂ）で説明したように、一時的電流増大制御の実行中には、残留カソードガスの消費による燃料電池１０のＩ−Ｖ特性の変化に伴って、燃料電池１０の発電効率は次第に低下していく。しかし、図５で説明したように、一時的電流増大制御は、燃料電池１０の発電効率の一時的な向上を伴うため、その分だけ、効率的に残留カソードガスを消費することができる。従って、残留カソードガス消費処理の処理時間を短縮でき、燃料電池１０にかかる負荷を軽減することができる。   Further, as described with reference to FIG. 4B, during the temporary current increase control, the power generation efficiency of the fuel cell 10 is accompanied by the change in the IV characteristic of the fuel cell 10 due to the consumption of the residual cathode gas. Will gradually decline. However, as described with reference to FIG. 5, the temporary current increase control is accompanied by a temporary improvement in the power generation efficiency of the fuel cell 10, so that the remaining cathode gas can be efficiently consumed correspondingly. Therefore, the processing time of the residual cathode gas consumption processing can be shortened, and the load on the fuel cell 10 can be reduced.

さらに、一時的電流増大制御では、上述したように、フラッディングが発生しない程度に、燃料電池１０の生成水量を増大させることができる。そのため、燃料電池１０の運転終了処理の実行前に、高温（例えば、９０℃以上）での運転が継続され、燃料電池１０の電解質膜が乾燥してしまっている場合であっても、この一時的電流増大制御を経ることにより、電解質膜を適切な湿潤状態に回復させることができる。即ち、本実施例の燃料電池システム１００であれば、燃料電池１０の状態を整えた上で、その運転を終了させることができる。   Furthermore, in the temporary current increase control, as described above, the amount of water generated in the fuel cell 10 can be increased to such an extent that no flooding occurs. Therefore, even if the operation at a high temperature (for example, 90 ° C. or more) is continued before the operation termination process of the fuel cell 10 is performed and the electrolyte membrane of the fuel cell 10 has been dried, this temporary By passing through the control of increasing the current, the electrolyte membrane can be recovered to an appropriate wet state. That is, with the fuel cell system 100 of the present embodiment, the operation can be terminated after the state of the fuel cell 10 is adjusted.

ところで、この一時的電流増大制御の実行中には、制御部２０は、開閉スイッチ９５（図２）を開き、燃料電池１０の出力電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８２を介して、二次電池８１を充電する。従って、本実施例の燃料電池システム１００では、残留カソードガスを消費するために生じた電力を、無駄にすることなく、有効利用することができる。   By the way, during the execution of the temporary current increase control, the control unit 20 opens the open / close switch 95 (FIG. 2), and the output power of the fuel cell 10 is supplied to the secondary battery 81 via the DC / DC converter 82. Charge. Therefore, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the electric power generated for consuming the residual cathode gas can be effectively used without being wasted.

制御部２０は、一時的電流増大制御によって、燃料電池１０の残留カソードガスを消費した後、ステップＳ４０（図３）において、燃料電池１０に対するアノードガスの供給を停止する。具体的には、制御部２０は、開閉弁５３やレギュレータ５４を閉じて、水素供給装置５５や水素循環用ポンプ６４の駆動を停止させる。これによって、制御部２０は、燃料電池１０の運転を終了させる。   The controller 20 consumes the residual cathode gas of the fuel cell 10 by the temporary current increase control, and then stops the supply of the anode gas to the fuel cell 10 in step S40 (FIG. 3). Specifically, the control unit 20 closes the on-off valve 53 and the regulator 54 to stop driving the hydrogen supply device 55 and the hydrogen circulation pump 64. Thereby, the control unit 20 ends the operation of the fuel cell 10.

このように、この燃料電池１０の運転終了処理によれば、ステップＳ３０における残留カソードガスの消費処理の実行後に、アノードガスの供給が停止される。そのため、運転停止後の燃料電池１０の内部状態を、酸素がなくなり、水素が残留した状態とすることができる。従って、燃料電池１０の運転停止後に、アノードガスが不足することによって生じる、上述したカーボンの酸化反応（上記の反応式（１））の発生が抑制される。   As described above, according to the operation termination process of the fuel cell 10, the supply of the anode gas is stopped after the residual cathode gas consumption process in step S30. Therefore, the internal state of the fuel cell 10 after the operation is stopped can be set to a state in which oxygen has disappeared and hydrogen has remained. Therefore, the occurrence of the above-described carbon oxidation reaction (the above reaction formula (1)) caused by the shortage of the anode gas after the operation of the fuel cell 10 is suppressed is suppressed.

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００であれば、その運転停止時に、残留カソードガスを予め消費してしまうことができるため、残留カソードガスに起因する運転終了後の燃料電池１０の劣化を抑制できる。また、一時的電流増大制御によって、残留カソードガスを効率的に消費することができるため、運転終了処理の処理時間を短縮することができ、残留カソードガスの消費のために燃料電池１０にかかる負荷を軽減することができる。さらに、残留カソードガスの消費のための発電により生じた電力を、二次電池８１に蓄電して有効利用することが可能である。   As described above, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, the residual cathode gas can be consumed in advance when the operation is stopped, so that the fuel cell 10 of the fuel cell 10 after the operation due to the residual cathode gas is terminated. Deterioration can be suppressed. Further, since the residual cathode gas can be efficiently consumed by the temporary current increase control, the processing time of the operation end processing can be shortened, and the load applied to the fuel cell 10 for the consumption of the residual cathode gas. Can be reduced. Furthermore, the electric power generated by the power generation for consuming the residual cathode gas can be stored in the secondary battery 81 and effectively used.

B．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。 B. 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.

B1．変形例１：
上記実施例では、制御部２０は、燃料電池システム１００が搭載された移動体の運転終了時に、燃料電池１０の運転終了処理を実行していた。しかし、制御部２０は、移動体の運転終了時に限らず、燃料電池１０の運転を終了する際に、上記実施例の運転終了処理を実行するものとしても良い。また、制御部２０は、燃料電池１０の運転を一旦停止させるのみの燃料電池１０の運転停止時に、上記実施例の運転終了処理と同様な処理を実行するものとしても良い。 B1. Modification 1:
In the above embodiment, the control unit 20 executes the operation end process of the fuel cell 10 at the end of the operation of the mobile body on which the fuel cell system 100 is mounted. However, the control unit 20 is not limited to the time when the operation of the moving body is ended, and the operation end process of the above embodiment may be executed when the operation of the fuel cell 10 is ended. Further, the control unit 20 may execute the same process as the operation end process of the above-described embodiment when the operation of the fuel cell 10 is stopped only to temporarily stop the operation of the fuel cell 10.

B2．変形例２：
上記実施例の燃料電池１０の運転終了処理では、ステップＳ１０においてカソードガスの供給が停止された状態で、ステップＳ３０の残留カソードガス消費処理が実行されていた。しかし、ステップＳ１０では、カソードガスの供給が完全に停止されていなくとも良い。ステップＳ１０では、燃料電池１０に対するカソードガスの供給量が、ステップＳ３０の残留カソードガス消費処理におけるカソードガスの消費量より小さくなるように、カソードガスの供給流量が制御されるものとしても良い。ただし、ステップＳ１０において、カソードガスの供給が停止されていれば、ステップＳ２０において、消費すべき残留カソードガスの量を容易に特定することができるため、ステップＳ３０において、残留カソードガスを、より確実に消費し尽くすことが可能となる。 B2. Modification 2:
In the operation end process of the fuel cell 10 of the above embodiment, the residual cathode gas consumption process of step S30 is executed in a state where the supply of the cathode gas is stopped in step S10. However, in step S10, the supply of the cathode gas may not be completely stopped. In step S10, the supply flow rate of the cathode gas may be controlled so that the supply amount of the cathode gas to the fuel cell 10 is smaller than the consumption amount of the cathode gas in the residual cathode gas consumption process in step S30. However, if the supply of cathode gas is stopped in step S10, the amount of residual cathode gas to be consumed can be easily specified in step S20. Therefore, in step S30, the residual cathode gas is more reliably determined. Can be consumed.

B3．変形例３：
上記実施例の燃料電池１０の運転終了処理では、ステップＳ３０の残留カソードガス消費処理を実行した後に、ステップＳ４０において、アノードガスの供給を停止していた。しかし、燃料電池１０の運転終了処理におけるアノードガスの供給の停止処理は、ステップＳ３０における残留カソードガス消費処理の実行後でなくとも良い。燃料電池１０の運転終了処理におけるアノードガスの供給の停止処理は、残留カソードガス消費処理の実行前や、残留カソードガス消費処理の実行中に実行されるものとしても良い。ただし、燃料電池１０の運転終了処理では、運転終了後の燃料電池１０において、カソードガスとの反応によりアノードガスが消費され尽くしてしまわない程度に、アノードガスが十分、燃料電池１０の内部に残留するように、アノードガスの供給が制御されることが望ましい。 B3. Modification 3:
In the operation end process of the fuel cell 10 of the above embodiment, the supply of the anode gas is stopped in step S40 after the residual cathode gas consumption process in step S30 is executed. However, the anode gas supply stop process in the operation end process of the fuel cell 10 may not be performed after the residual cathode gas consumption process in step S30. The anode gas supply stop process in the operation end process of the fuel cell 10 may be executed before the residual cathode gas consumption process or during the residual cathode gas consumption process. However, in the operation termination process of the fuel cell 10, the anode gas is sufficiently left in the fuel cell 10 to the extent that the anode gas is not consumed by the reaction with the cathode gas in the fuel cell 10 after the operation is terminated. Thus, it is desirable that the anode gas supply be controlled.

B4．変形例４：
上記実施例の燃料電池１０の運転終了処理では、制御部２０は、ステップＳ２０において、残留カソードガスの量に基づいて、ステップＳ３０で燃料電池１０が発電すべき発電量を算出していた。しかし、燃料電池１０の運転終了処理では、ステップＳ２０の処理は省略されるものとしても良い。この場合には、制御部２０は、ステップＳ３０における一時的電流増大制御を、カソードガスの不足により、燃料電池１０の発電量が著しく低下するまで継続するものとしても良い。また、制御部２０は、ステップＳ３０における一時的電流増大制御を、予め設定された所定の発電条件で、所定の期間だけ実行するものとしても良い。ただし、上記実施例のように、ステップＳ２０において、残留カソードガスの量に基づいて、ステップＳ３０で燃料電池１０が発電すべき発電量を算出しておくことにより、燃料電池１０に無駄に発電させることなく、より確実に残留カソードガスを消費させることが可能となる。 B4. Modification 4:
In the operation end processing of the fuel cell 10 of the above embodiment, the control unit 20 calculates the power generation amount that the fuel cell 10 should generate in step S30 based on the amount of residual cathode gas in step S20. However, in the operation end process of the fuel cell 10, the process of step S20 may be omitted. In this case, the control unit 20 may continue the temporary current increase control in step S30 until the power generation amount of the fuel cell 10 is significantly reduced due to the shortage of the cathode gas. Moreover, the control part 20 is good also as what performs temporary electric current increase control in step S30 only for the predetermined period on the predetermined electric power generation conditions set beforehand. However, as in the above embodiment, in step S20, based on the amount of residual cathode gas, the power generation amount to be generated by the fuel cell 10 is calculated in step S30, thereby causing the fuel cell 10 to generate power wastefully. Therefore, the remaining cathode gas can be consumed more reliably.

B5．変形例５：
上記実施例の燃料電池１０の運転終了処理では、制御部２０は、ステップＳ３０の残留カソードガス消費処理において燃料電池１０が出力した電力を二次電池８１に蓄電していた。しかし、制御部２０は、残留カソードガス消費処理において燃料電池１０が出力した電力を、二次電池８１に蓄電することなく、燃料電池システム１００内の補機類や、燃料電池システム１００に接続されている外部負荷等において消費するものとしても良い。また、制御部２０は、二次電池８１のＳＯＣが所定の閾値以上のときには、残留カソードガス消費処理における二次電池８１への充電を中止するものとしても良い。 B5. Modification 5:
In the operation end process of the fuel cell 10 of the above embodiment, the control unit 20 stores the power output from the fuel cell 10 in the secondary battery 81 in the residual cathode gas consumption process of step S30. However, the control unit 20 is connected to the auxiliary equipment in the fuel cell system 100 or the fuel cell system 100 without storing the power output from the fuel cell 10 in the residual cathode gas consumption process in the secondary battery 81. It may be consumed at an external load or the like. Moreover, the control part 20 is good also as what stops the charge to the secondary battery 81 in a residual cathode gas consumption process, when SOC of the secondary battery 81 is more than a predetermined threshold value.

B6．変形例６：
上記実施例では、残留カソードガスが低減されるように、燃料電池１０の運転終了処理において、燃料電池１０の一時的な電流の増大と低下とを周期的に繰り返す、一時的電流増大制御が実行されていた。ここで、上記実施例で説明したように、一時的電流増大制御は、燃料電池１０の内部における生成水量の増大を伴う制御である。そのため、燃料電池１０の内部を比較的乾燥した状態にして、燃料電池１０の運転を終了したい場合（例えば、低温環境下で燃料電池１０の凍結を防止したい場合など）には、制御部２０は、上記実施例の運転終了処理の実行を中止するものとしても良い。より具体的には、制御部２０は、外気温が著しく低い場合（例えば、氷点近傍の温度の場合）や、燃料電池１０内部の水分量が所定の閾値より大きい場合に、上記実施例の運転終了処理の実行を中止するものとしても良い。 B6. Modification 6:
In the above-described embodiment, the temporary current increase control is performed in which the temporary increase and decrease in the current of the fuel cell 10 are periodically repeated in the operation termination process of the fuel cell 10 so that the residual cathode gas is reduced. It had been. Here, as described in the above embodiment, the temporary current increase control is a control accompanied by an increase in the amount of generated water in the fuel cell 10. Therefore, when it is desired to end the operation of the fuel cell 10 with the inside of the fuel cell 10 being relatively dry (for example, when it is desired to prevent the fuel cell 10 from freezing in a low temperature environment), the control unit 20 The execution of the operation end process of the above embodiment may be stopped. More specifically, the control unit 20 operates in the above embodiment when the outside air temperature is extremely low (for example, when the temperature is near the freezing point) or when the amount of water in the fuel cell 10 is larger than a predetermined threshold. The execution of the termination process may be canceled.

B7．変形例７：
上記実施例では、一時的電流増大制御において、燃料電池１０の出力電圧を、電圧Ｖａから電圧Ｖｌまで低下させた後に、電圧Ｖａよりも高いＶｂまで上昇させていた。しかし、一時的電流増大制御では、燃料電池１０の出力電圧を、電圧Ｖａから電圧Ｖｌまで低下させた後に、そのまま電圧Ｖａまで回復させるものとしても良い。 B7. Modification 7:
In the above embodiment, in the temporary current increase control, after the output voltage of the fuel cell 10 is decreased from the voltage Va to the voltage Vl, the output voltage is increased to Vb higher than the voltage Va. However, in the temporary current increase control, the output voltage of the fuel cell 10 may be recovered to the voltage Va as it is after being decreased from the voltage Va to the voltage Vl.

B8．変形例８：
上記実施例では、燃料電池システムは、燃料電池車両等の移動体に搭載されていた。しかし、燃料電池システムは、移動体に搭載されていなくとも良く、施設や建造物などに設置されるものとしても良い。 B8. Modification 8:
In the said Example, the fuel cell system was mounted in moving bodies, such as a fuel cell vehicle. However, the fuel cell system does not have to be mounted on a moving body, and may be installed in a facility or a building.

１０…燃料電池
１１…発電体
２０…制御部
３０…カソードガス供給部
３１…カソードガス配管
３２…エアコンプレッサ
３３…エアフロメータ
３４…加湿部
３５…開閉弁
４０…カソードガス排出部
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
４４…圧力計測部
４５…温度計測部
５０…アノードガス供給部
５１…アノードガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…水素供給装置
５６…圧力計測部
６０…アノードガス循環排出部
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３…アノードガス循環配管
６４…水素循環用ポンプ
６５…アノード排水配管
６６…排水弁
６７…圧力計測部
８１…二次電池
８２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
８３…ＤＣ／ＡＣインバータ
９１…セル電圧計測部
９２…電流計測部
９４…ＳＯＣ検出部
９５…開閉スイッチ
１００…燃料電池システム
２００…モータ
ＤＣＬ…直流配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 11 ... Electric power generation body 20 ... Control part 30 ... Cathode gas supply part 31 ... Cathode gas piping 32 ... Air compressor 33 ... Air flow meter 34 ... Humidification part 35 ... On-off valve 40 ... Cathode gas discharge part 41 ... Cathode exhaust gas piping DESCRIPTION OF SYMBOLS 43 ... Pressure regulation valve 44 ... Pressure measurement part 45 ... Temperature measurement part 50 ... Anode gas supply part 51 ... Anode gas piping 52 ... Hydrogen tank 53 ... On-off valve 54 ... Regulator 55 ... Hydrogen supply apparatus 56 ... Pressure measurement part 60 ... Anode gas Circulation discharge part 61 ... Anode exhaust gas pipe 62 ... Gas-liquid separation part 63 ... Anode gas circulation pipe 64 ... Hydrogen circulation pump 65 ... Anode drain pipe 66 ... Drain valve 67 ... Pressure measurement part 81 ... Secondary battery 82 ... DC / DC Converter 83 ... DC / AC inverter 91 ... Cell voltage measurement unit 92 ... Current measurement unit 94 ... S OC detector 95 ... Open / close switch 100 ... Fuel cell system 200 ... Motor DCL ... DC wiring

Claims (5)

燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスとして酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記燃料電池の発電を制御するとともに、前記燃料電池に対する反応ガスの供給量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の運転を停止する際に、前記酸化剤ガスの供給を停止させた状態、または、前記酸化剤ガスの供給量を前記酸化剤ガスの消費量より低減させた状態で、前記燃料電池の電流の増大と低下とを周期的に繰り返して、前記燃料電池に残留する前記酸化剤ガスの量を低減させるガス消費処理を実行する、燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell;
An oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas as a reaction gas to the fuel cell;
A control unit for controlling power generation of the fuel cell, and for controlling a supply amount of a reaction gas to the fuel cell;
With
When the control unit stops the operation of the fuel cell, the supply of the oxidant gas is stopped, or the supply amount of the oxidant gas is reduced from the consumption amount of the oxidant gas. Thus, the fuel cell system performs a gas consumption process that periodically increases and decreases the current of the fuel cell to reduce the amount of the oxidant gas remaining in the fuel cell. 請求項１記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池の出力する電力を蓄電可能な二次電池を備え、
前記制御部は、前記ガス消費処理において前記燃料電池が出力する電力を、前記二次電池に蓄電する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
A secondary battery capable of storing electric power output from the fuel cell;
The said control part is a fuel cell system which accumulates the electric power which the said fuel cell outputs in the said gas consumption process in the said secondary battery. 請求項１または請求項２記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池に反応ガスとして燃料ガスを供給する燃料ガス供給部を備え、
前記制御部は、前記燃料ガスの供給を継続させつつ、前記酸化剤ガスの供給を停止させた状態で、前記ガス消費処理を実行し、前記ガス消費処理の実行後に、前記燃料ガスの供給を停止させる、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising:
A fuel gas supply unit for supplying fuel gas as a reaction gas to the fuel cell;
The control unit executes the gas consumption process in a state where the supply of the oxidant gas is stopped while continuing the supply of the fuel gas, and after the execution of the gas consumption process, the supply of the fuel gas is performed. Fuel cell system to be stopped. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記ガス消費処理の実行中に前記燃料電池の内部に存在する前記酸化剤ガスの量に基づいて、前記ガス消費処理における発電量を決定する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The said control part determines the electric power generation amount in the said gas consumption process based on the quantity of the said oxidizing agent gas which exists in the inside of the said fuel cell during execution of the said gas consumption process. 反応ガスとして酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える、燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転を停止する際に、前記酸化剤ガスの供給を停止させた状態、または、前記酸化剤ガスの供給量を前記酸化剤ガスの消費量より低減させた状態で、前記燃料電池の電流の増大と低下とを周期的に繰り返して、前記燃料電池に残留する前記酸化剤ガスの量を低減させるガス消費処理を実行する、制御方法。 A control method for a fuel cell system, comprising a fuel cell that generates power by receiving supply of an oxidant gas as a reaction gas,
When stopping the operation of the fuel cell, in a state where the supply of the oxidant gas is stopped or in a state where the supply amount of the oxidant gas is less than the consumption amount of the oxidant gas, A control method for executing a gas consumption process for periodically reducing the amount of the oxidant gas remaining in the fuel cell by periodically increasing and decreasing the current.
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