JP2013206625A

JP2013206625A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2013206625A
Application number: JP2012072437A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Wake; 千大和氣; Tomohisa Kamiyama; 知久神山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of sufficiently warming a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell system 1 comprises: a fuel cell stack 10 having a cathode and generating power by supplying oxidant gas to the cathode; stoichiometric ratio control means for controlling a stoichiometric ratio by controlling a supply amount of air (oxygen) directed to the cathode; and warming-up promotion determination means for determining whether or not warming-up of the fuel cell stack 10 is promoted. When a predetermined condition is satisfied in starting a system, the fuel cell system 1 is started in a warming-up promotion starting mode for promoting the warming-up of the fuel cell stack 10. During the warming-up promotion starting mode, when the warming-up promotion determination means determines that the warming-up of the fuel cell stack 10 is not promoted, the stoichiometric ratio control means reduces the stoichiometric ratio.

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.

近年、燃料電池車等の電源として、水素（燃料ガス）及び酸素を含む空気（酸化剤ガス）が供給されることで発電する燃料電池が注目されている。このような燃料電池は、水素又は空気を電極反応させる触媒（Ｐｔ等）の種類に対応して、好適に発電する好適発電温度（例えば、ＰＥＦＣでは８０〜９０℃）を有している。 2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells that generate electricity by supplying hydrogen (fuel gas) and oxygen-containing air (oxidant gas) have attracted attention as power sources for fuel cell vehicles and the like. Such a fuel cell has a suitable power generation temperature (for example, 80 to 90 ° C. in PEFC) corresponding to the type of catalyst (Pt or the like) that causes electrode reaction of hydrogen or air.

ところで、燃料電池の使用環境は大きく変化するので、起動時における燃料電池の温度は大きく変化し、例えば、氷点下（０℃以下）になることもある。そこで、燃料電池を早期に暖機する方法として、燃料電池に供給される空気（酸素）のストイキ比を小さくする方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。 By the way, since the use environment of a fuel cell changes greatly, the temperature of the fuel cell at the time of start-up changes greatly, for example, may be below freezing point (0 degreeC or less). Thus, as a method of warming up the fuel cell early, a method of reducing the stoichiometric ratio of air (oxygen) supplied to the fuel cell has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

ストイキ比とは、酸素の余剰率を意味し、アノードに供給されている水素と過不足なく反応するのに必要な酸素（必要酸素）に対して、実際の酸素（実際酸素）がどの程度余剰であるかを示す比である。 The stoichiometric ratio means the surplus rate of oxygen, and how much surplus of actual oxygen (actual oxygen) is relative to the oxygen required to react with the hydrogen supplied to the anode without excess or deficiency (actual oxygen). It is a ratio indicating whether or not.

そして、ストイキ比を小さくすると、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギのうちの熱損失（発電損失）が増大、つまり、燃料電池の発電に伴う自己発熱量が増加する。よって、ストイキ比を小さくし、酸素不足状態に近づけると、濃度過電圧及び自己発熱量が増加し、燃料電池の暖機が促進されることになる。なお、このようにストイキ比を小さくする運転は低効率運転と称される。 When the stoichiometric ratio is reduced, the heat loss (power generation loss) of the energy that can be extracted by the reaction between hydrogen and oxygen increases, that is, the self-heat generation amount accompanying the power generation of the fuel cell increases. Therefore, when the stoichiometric ratio is reduced to approach the oxygen-deficient state, the concentration overvoltage and the self-heating value increase, and the warm-up of the fuel cell is promoted. In addition, the driving | operation which makes stoichiometric ratio small in this way is called low efficiency driving | operation.

特開２００８−２２６５９１号公報JP 2008-226591 A

ところが、ストイキ比を小さくしても、燃料電池の暖機が予想通りに進まない場合がある。例えば、燃料電池の総使用時間（総発電時間）が短く、電極（カソード、アノード）を構成する触媒の活性が予想よりも高い場合である。このような場合、ストイキ比を小さくし、酸素量を減らしたとしても、カソードにおける電極反応が良好に進行するので、濃度過電圧及び自己発熱量が増加し難くなり、燃料電池の暖機が遅れてしまう。 However, even if the stoichiometric ratio is reduced, the fuel cell may not warm up as expected. For example, the total use time (total power generation time) of the fuel cell is short, and the activity of the catalyst constituting the electrodes (cathode, anode) is higher than expected. In such a case, even if the stoichiometric ratio is reduced and the amount of oxygen is reduced, the electrode reaction at the cathode proceeds well, so that the concentration overvoltage and the amount of self-heating are difficult to increase, and the warm-up of the fuel cell is delayed. End up.

また、燃料電池内に氷が存在する場合、燃料電池の暖機が予想通りに進まない虞がある。すなわち、ストイキ比を小さくすることで燃料電池の発熱量が増加したものの、この発熱量の一部が氷の融解に消費されてしまい、燃料電池の暖機が遅れてしまう。 Further, when ice exists in the fuel cell, the fuel cell may not warm up as expected. That is, although the calorific value of the fuel cell is increased by reducing the stoichiometric ratio, a part of the calorific value is consumed for melting the ice, and the warm-up of the fuel cell is delayed.

そこで、本発明は、燃料電池を良好に暖機可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell system which can warm up a fuel cell favorably.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、カソードを有し、前記カソードに酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記カソードに向かう酸化剤ガスの供給量を制御することでストイキ比を制御するストイキ比制御手段と、前記燃料電池の暖機が促進しているか否か判定する暖機促進判定手段と、を備え、システム起動時に所定条件が成立した場合に前記燃料電池の暖機を促進させる暖機促進起動モードで起動する燃料電池システムであって、前記暖機促進起動モード中、前記暖機促進判定手段が前記燃料電池の暖機は促進していないと判定した場合、前記ストイキ比制御手段はストイキ比を小さくすることを特徴とする燃料電池システムである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention has a cathode, and controls a fuel cell that generates electricity by supplying an oxidant gas to the cathode, and a supply amount of the oxidant gas toward the cathode. A stoichiometric ratio control means for controlling the stoichiometric ratio, and a warm-up promotion judging means for judging whether or not warm-up of the fuel cell is promoted, and when the predetermined condition is satisfied at the time of starting the system, the fuel A fuel cell system that starts in a warm-up promotion start mode that promotes warm-up of a battery, wherein the warm-up promotion determination means determines that warm-up of the fuel cell is not promoted during the warm-up promotion start mode In this case, the stoichiometric ratio control means reduces the stoichiometric ratio.

このような構成によれば、暖機促進起動モードで運転中、暖機促進判定手段が燃料電池の暖機は促進していないと判定した場合、ストイキ比制御手段がストイキ比を小さくする。このようにストイキ比が小さくなると、燃料電池における発熱量が増加するので、燃料電池の暖機を促進できる。 According to such a configuration, when the warm-up promotion determination unit determines that the warm-up of the fuel cell is not promoted during operation in the warm-up promotion start mode, the stoichiometric ratio control unit decreases the stoichiometric ratio. When the stoichiometric ratio is thus reduced, the amount of heat generated in the fuel cell is increased, so that warm-up of the fuel cell can be promoted.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池を暖機するため、前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池において発生させるべき目標発熱量を算出する目標発熱量算出手段と、前記目標発熱量算出手段の算出した目標発熱量に基づいて、前記燃料電池の目標ＩＶ曲線を算出する目標ＩＶ曲線算出手段と、前記燃料電池の実際ＩＶ曲線を算出する実際ＩＶ曲線算出手段と、を備え、前記暖機促進判定手段は、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線よりも高い場合、前記燃料電池の暖機は促進していないと判定することが好ましい。 Further, in the fuel cell system, a temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, and a target heat generation amount to be generated in the fuel cell based on the temperature of the fuel cell in order to warm up the fuel cell. Target calorific value calculation means, target IV curve calculation means for calculating a target IV curve of the fuel cell based on the target calorific value calculated by the target heat value calculation means, and an actual IV curve of the fuel cell. It is preferable that the warm-up acceleration determination unit determines that the warm-up of the fuel cell is not accelerated when the actual IV curve is higher than the target IV curve.

このような構成によれば、暖機促進判定手段は、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線よりも高い場合、燃料電池の暖機は促進していないと判定できる。
すなわち、燃料電池の総使用時間（総発電時間）が短く、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線よりも高く、発熱量が不足していたとしても、暖機促進判定手段が燃料電池の暖機は促進していないと判定した後、ストイキ比制御手段がストイキ比を小さくするので、燃料電池の暖機を促進できる。 According to such a configuration, the warm-up promotion determination unit can determine that the warm-up of the fuel cell is not promoted when the actual IV curve is higher than the target IV curve.
That is, even if the total usage time (total power generation time) of the fuel cell is short, the actual IV curve is higher than the target IV curve, and the calorific value is insufficient, the warm-up promotion determination means promotes the warm-up of the fuel cell. Since it is determined that the stoichiometric ratio is not determined, the stoichiometric ratio control means reduces the stoichiometric ratio, so that warm-up of the fuel cell can be promoted.

また、前記燃料電池システムにおいて、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線よりも高く、前記暖機促進判定手段が前記燃料電池の暖機は促進していないと判定した場合、前記ストイキ比制御手段は、実際ＩＶ曲線と目標ＩＶ曲線との差が大きくなるにつれて、ストイキ比を小さくすることが好ましい。 In the fuel cell system, when the actual IV curve is higher than the target IV curve and the warm-up promotion determination unit determines that the warm-up of the fuel cell is not accelerated, the stoichiometric ratio control unit As the difference between the IV curve and the target IV curve increases, it is preferable to reduce the stoichiometric ratio.

このような構成によれば、ストイキ比制御手段が、実際ＩＶ曲線と目標ＩＶ曲線との差が大きくなるにつれて、ストイキ比を小さくするので、発熱量が大きくなる。これにより、燃料電池の不足発熱量（実際ＩＶ曲線と目標ＩＶ曲線との差）に対応して、発熱量を大きくできる。 According to such a configuration, the stoichiometric ratio control means decreases the stoichiometric ratio as the difference between the actual IV curve and the target IV curve increases, so the amount of heat generation increases. Thereby, the calorific value can be increased corresponding to the insufficient calorific value (difference between the actual IV curve and the target IV curve) of the fuel cell.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記ストイキ比制御手段は、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線以下である場合、ストイキ比を維持することが好ましい。 In the fuel cell system, the stoichiometric ratio control means preferably maintains the stoichiometric ratio when the actual IV curve is equal to or less than the target IV curve.

このような構成によれば、ストイキ比制御手段が、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線以下である場合、ストイキ比を維持する。これにより、カソードに供給される酸化剤ガスの流量は維持され、減少しない。したがって、カソードに滞留・付着する水分が増加することはなく、水分量に起因する燃料電池の安定性は維持される。 According to such a configuration, the stoichiometric ratio control means maintains the stoichiometric ratio when the actual IV curve is equal to or less than the target IV curve. Thereby, the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode is maintained and does not decrease. Therefore, the water staying and adhering to the cathode does not increase, and the stability of the fuel cell due to the amount of water is maintained.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池を暖機するため、前記燃料電池の温度に基づいて前記燃料電池において発生させるべき目標発熱量を算出する目標発熱量算出手段と、前記燃料電池の実際発熱量を算出する実際発熱量算出手段と、を備え、前記暖機促進判定手段は、実際発熱量が目標発熱量よりも小さい場合、前記燃料電池の暖機は促進していないと判定することが好ましい。 In the fuel cell system, in order to warm up the fuel cell, target heat generation amount calculation means for calculating a target heat generation amount to be generated in the fuel cell based on the temperature of the fuel cell; An actual heat generation amount calculating means for calculating a heat generation amount, and the warming-up promotion determination means determines that the warm-up of the fuel cell is not promoted when the actual heat generation amount is smaller than the target heat generation amount. Is preferred.

このような構成によれば、暖機促進判定手段は、実際発熱量が目標発熱量よりも小さい場合、燃料電池の暖機は促進していないと判定できる。
すなわち、実際ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線と一致していた場合において、氷等の存在により、熱の一部が消失し、実際発熱量が目標発熱量よりも小さいとき、暖機促進判定手段が燃料電池の暖機は促進していないと判定した後、ストイキ比制御手段がストイキ比を小さくするので、燃料電池の暖機を促進できる。 According to such a configuration, the warm-up promotion determination unit can determine that the warm-up of the fuel cell is not promoted when the actual heat generation amount is smaller than the target heat generation amount.
That is, when the actual IV curve coincides with the target IV curve, when the part of the heat is lost due to the presence of ice or the like and the actual heat generation amount is smaller than the target heat generation amount, the warm-up promotion determining means After determining that the warm-up of the battery is not promoted, the stoichiometric ratio control means reduces the stoichiometric ratio, so that the warm-up of the fuel cell can be promoted.

また、前記燃料電池システムにおいて、実際発熱量が目標発熱量よりも小さく、前記暖機促進判定手段が前記燃料電池の暖機は促進していないと判定した場合、前記ストイキ比制御手段は、実際発熱量と目標発熱量との差が大きくなるにつれて、ストイキ比を小さくすることが好ましい。 In the fuel cell system, when the actual heat generation amount is smaller than the target heat generation amount and the warm-up promotion determination unit determines that the warm-up of the fuel cell is not promoted, the stoichiometric ratio control unit It is preferable to reduce the stoichiometric ratio as the difference between the heat generation amount and the target heat generation amount increases.

このような構成によれば、ストイキ比制御手段が、実際発熱量と目標発熱量との差が大きくなるにつれて、ストイキ比を小さくするので、発熱量が大きくなる。これにより、燃料電池の不足発熱量（実際発熱量と目標発熱量との差）に対応して、発熱量を大きくできる。 According to such a configuration, since the stoichiometric ratio control means decreases the stoichiometric ratio as the difference between the actual heat generation amount and the target heat generation amount increases, the heat generation amount increases. Thereby, the calorific value can be increased corresponding to the insufficient calorific value (difference between the actual calorific value and the target calorific value) of the fuel cell.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の暖機を完了すべき目標暖機完了時刻までの残り時間を算出する残り時間算出手段を備え、前記目標発熱量算出手段は、残り時間が短くなるにつれて、目標発熱量を大きくすることが好ましい。 The fuel cell system further includes a remaining time calculating unit that calculates a remaining time until a target warm-up completion time at which the fuel cell should be warmed up, and the target heat generation amount calculating unit shortens the remaining time. Accordingly, it is preferable to increase the target heat generation amount.

このような構成によれば、目標発熱量算出手段が、残り時間が短くなるにつれて、目標発熱量を大きくするので、目標暖機完了時刻までに燃料電池の暖機を完了できる。 According to such a configuration, the target heat generation amount calculation means increases the target heat generation amount as the remaining time becomes shorter, so that the warm-up of the fuel cell can be completed by the target warm-up completion time.

本発明によれば、燃料電池を良好に暖機可能な燃料電池システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can warm up a fuel cell favorably can be provided.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 図２の目標ストイキ比の補正処理のサブフローチャートである。3 is a sub-flowchart of a target stoichiometric ratio correction process in FIG. 2. 燃料電池スタックの温度と、目標暖機完了時刻までの残り時間と、目標発熱量と、の関係を示すマップである。6 is a map showing the relationship between the temperature of the fuel cell stack, the remaining time until the target warm-up completion time, and the target heat generation amount. 目標発熱量と、目標スタック電流（目標セル電流）との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between target calorific value and target stack current (target cell current). 目標スタック発熱量と、目標スタック電圧との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between target stack calorific value and target stack voltage. 目標ストイキ比と、濃度過電圧（目標スタック電圧）との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between a target stoichiometric ratio and density | concentration overvoltage (target stack voltage). スタック電流（セル電流）と、スタック電圧との関係を示すマップ（ＩＶ曲線マップ）である。It is a map (IV curve map) which shows the relationship between a stack current (cell current) and a stack voltage. 「実測ＩＶ曲線＞目標ＩＶ曲線」の場合において、ストイキ比を小さくしたときを示すグラフである。6 is a graph showing a case where the stoichiometric ratio is reduced in the case of “measured IV curve> target IV curve”. 「実測ＩＶ曲線＝目標ＩＶ曲線」で発熱量が不足する場合において、ストイキ比を小さくしたときを示すグラフである。It is a graph which shows when stoichiometric ratio is made small in the case where calorific value is insufficient with “measured IV curve = target IV curve”.

本発明の一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

≪燃料電池システムの構成≫
燃料電池システム１は、図示しない燃料電池車に搭載されており、燃料電池スタック１０（燃料電池）と、セル電圧モニタ１５と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、アノードガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して空気（酸化剤ガス、カソードガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０を経由するように冷媒を循環させる冷媒系と、燃料電池スタック１０の出力する電力（スタック電流、スタック電圧）を制御する電力制御系と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、制御手段）と、を備えている。 ≪Configuration of fuel cell system≫
The fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle (not shown), and hydrogen (fuel gas, anode gas) with respect to the fuel cell stack 10 (fuel cell), the cell voltage monitor 15, and the anode of the fuel cell stack 10. An anode system that supplies and discharges air, a cathode system that supplies and discharges air (oxidant gas and cathode gas) to and from the cathode of the fuel cell stack 10, and a refrigerant system that circulates the refrigerant through the fuel cell stack 10 A power control system that controls electric power (stack current and stack voltage) output from the fuel cell stack 10 and an ECU 70 (Electronic Control Unit, control means) that electronically controls these are provided.

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１（燃料電池）が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）と、を備えている。 <Fuel cell stack>
The fuel cell stack 10 is a stack formed by stacking a plurality of (for example, 200 to 400) solid polymer type single cells 11 (fuel cells), and the plurality of single cells 11 are electrically connected in series. Has been. The single cell 11 includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) and two conductive separators sandwiching the MEA. The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a monovalent cation exchange membrane and the like, and an anode and a cathode (electrode) sandwiching the membrane.

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。 The anode and the cathode include a porous body having conductivity such as carbon paper, and a catalyst (Pt, Ru, etc.) supported on the anode and causing an electrode reaction in the anode and the cathode.

各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全ての単セル１１に水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１２（燃料ガス流路）、カソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。 Each separator is provided with a groove for supplying hydrogen or air to the entire surface of each MEA, and through holes for supplying and discharging hydrogen or air to all the single cells 11. It functions as an anode channel 12 (fuel gas channel) and a cathode channel 13 (oxidant gas channel).

そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１３を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０とモータ５１等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。 When hydrogen is supplied to each anode via the anode flow path 12, the electrode reaction of Formula (1) occurs, and when air is supplied to each cathode via the cathode flow path 13, Formula (2) Thus, a potential difference (OCV (Open Circuit Voltage), open circuit voltage) is generated in each single cell. Next, when the fuel cell stack 10 and an external circuit such as the motor 51 are electrically connected and a current is taken out, the fuel cell stack 10 generates power.

２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２） 2H ₂ → 4H ⁺ + 4e ⁻ (1)
O ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ → 2H ₂ O (2)

また、各セパレータには、各単セル１１を冷却する冷媒が通流する溝や、全ての単セル１１に冷媒を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔が冷媒流路１４として機能している。 In addition, each separator is formed with a groove through which a refrigerant for cooling each single cell 11 flows and through holes for supplying and discharging the refrigerant to all the single cells 11. It functions as the flow path 14.

＜セル電圧モニタ＞
セル電圧モニタ１５は、複数の単セル１１毎のセル電圧を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。 <Cell voltage monitor>
The cell voltage monitor 15 is a device that detects a cell voltage for each of the plurality of single cells 11, and includes a monitor main body, and a wire harness that connects the monitor main body and each single cell.

モニタ本体は、所定周期で全ての単セル１１をスキャニングし、各単セル１１のセル電圧を検出し、平均セル電圧、最低セル電圧を算出するようになっている。そして、モニタ本体（セル電圧モニタ１５）は、平均セル電圧、最低セル電圧をＥＣＵ７０に出力するようになっている。 The monitor body scans all the single cells 11 at a predetermined period, detects the cell voltage of each single cell 11, and calculates the average cell voltage and the lowest cell voltage. The monitor main body (cell voltage monitor 15) outputs an average cell voltage and a minimum cell voltage to the ECU 70.

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給手段）と、常閉型の遮断弁２２と、減圧弁２３（レギュレータ）と、エゼクタ２４と、常閉型のパージ弁２５と、を備えている。 <Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 21 (fuel gas supply means), a normally closed shut-off valve 22, a pressure reducing valve 23 (regulator), an ejector 24, and a normally closed purge valve 25.

水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、減圧弁２３、配管２３ａ、エゼクタ２４、配管２４ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されている。そして、遮断弁２２がＥＣＵ７０によって開かれると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を通ってアノード流路１２に供給されるようになっている。
よって、アノード流路１２に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路は、配管２１ａ、配管２２ａ、配管２３ａ及び配管２４ａを備えて構成されている。 The hydrogen tank 21 is connected to the inlet of the anode flow path 12 via a pipe 21a, a shutoff valve 22, a pipe 22a, a pressure reducing valve 23, a pipe 23a, an ejector 24, and a pipe 24a. When the shutoff valve 22 is opened by the ECU 70, the hydrogen in the hydrogen tank 21 is supplied to the anode flow path 12 through the pipe 21a and the like.
Therefore, the fuel gas supply channel through which the fuel gas supplied to the anode channel 12 flows includes the pipe 21a, the pipe 22a, the pipe 23a, and the pipe 24a.

減圧弁２３は、カソード流路１３を通流する空気の圧力と等しくなるように、水素の圧力を減圧（調整）するものである。
エゼクタ２４は、配管２３ａからの水素をノズル（図示しない）で噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって後記する水素を含むアノードオフガスを吸引し、水素を循環させる装置（真空ポンプ）である。 The pressure reducing valve 23 reduces (adjusts) the pressure of hydrogen so as to be equal to the pressure of air flowing through the cathode flow path 13.
The ejector 24 generates a negative pressure by injecting hydrogen from the pipe 23a with a nozzle (not shown), sucks an anode off-gas containing hydrogen described later by this negative pressure, and circulates the hydrogen (vacuum pump). It is.

アノード流路１２の出口は、配管２４ｂ（水素循環ライン）を介してエゼクタ２４の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１２から排出された未反応の水素を含むアノードオフガス（燃料オフガス）は、配管２４ｂを通ってエゼクタ２４に供給され、水素が循環するようになっている。 The outlet of the anode channel 12 is connected to the intake port of the ejector 24 through a pipe 24b (hydrogen circulation line). Then, the anode offgas (fuel offgas) containing unreacted hydrogen discharged from the anode flow path 12 is supplied to the ejector 24 through the pipe 24b so that hydrogen circulates.

配管２４ｂは、配管２５ａ、パージ弁２５、配管２５ｂを介して、後記する希釈器３３に接続されている。そして、パージ弁２５が、ＥＣＵ７０によって所定の開弁時間にて開かれると、未反応の水素、不純物（水分（水蒸気）、窒素等）を含むアノードオフガスが希釈器３３に排出され、燃料電池スタック１０の発電性能が回復するようになっている。 The pipe 24b is connected to a diluter 33 which will be described later via a pipe 25a, a purge valve 25, and a pipe 25b. When the purge valve 25 is opened by the ECU 70 at a predetermined valve opening time, the anode off-gas containing unreacted hydrogen and impurities (water (water vapor), nitrogen, etc.) is discharged to the diluter 33, and the fuel cell stack The power generation performance of 10 is restored.

なお、ＥＣＵ７０は、複数の単セル１１の電圧のうちの最低の電圧（最低セル電圧）が、所定セル電圧以下である場合、パージ弁２５を開く必要があると判断するように設定されている。 The ECU 70 is set to determine that the purge valve 25 needs to be opened when the lowest voltage (lowest cell voltage) among the voltages of the plurality of single cells 11 is equal to or lower than the predetermined cell voltage. .

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段、供給量（流量）制御手段）と、常開型の背圧弁３２（供給量（流量）制御手段）と、希釈器３３と、流量センサ３４と、を備えている。 <Cathode system>
The cathode system includes a compressor 31 (oxidant gas supply means, supply amount (flow rate) control means), a normally open back pressure valve 32 (supply amount (flow rate) control means), a diluter 33, and a flow rate sensor 34. It is equipped with.

コンプレッサ３１の吐出口は、配管３１ａ（酸化剤ガス供給流路）を介して、カソード流路１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ３１は、ＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気（外気）を吸気して吐出し、この空気が配管３１ａを通ってカソード流路１３に供給されるようになっている。 The discharge port of the compressor 31 is connected to the inlet of the cathode channel 13 via a pipe 31a (oxidant gas supply channel). When the compressor 31 operates according to a command from the ECU 70, the air containing oxygen (outside air) is sucked and discharged, and this air is supplied to the cathode flow path 13 through the pipe 31a.

また、コンプレッサ３１（ストイキ比制御手段）の回転速度が制御されると、カソード流路１３に供給（通流）する空気（酸素）の流量（供給量）が制御され、酸素のストイキ比が可変するようになっている。なお、コンプレッサ３１、後記する冷媒ポンプ４１は、燃料電池スタック１０及び／又はバッテリを電源としている。 When the rotation speed of the compressor 31 (stoichiometric ratio control means) is controlled, the flow rate (supply amount) of air (oxygen) supplied (flowed) to the cathode flow path 13 is controlled, and the oxygen stoichiometric ratio is variable. It is supposed to be. The compressor 31 and the refrigerant pump 41 to be described later use the fuel cell stack 10 and / or the battery as a power source.

カソード流路１３の出口には、配管３２ａ、背圧弁３２、配管３２ｂ、希釈器３３、配管３３ａが順に接続されている。そして、カソード流路１３から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管３２ａ等を通って車外に排出されるようになっている。
よって、カソード流路１３からの酸化剤オフガスを排出する酸化剤オフガス排出流路は、配管３２ａ、配管３２ｂ及び配管３３ａを備えて構成されている。 A pipe 32a, a back pressure valve 32, a pipe 32b, a diluter 33, and a pipe 33a are connected to the outlet of the cathode channel 13 in this order. The cathode off gas (oxidant off gas) discharged from the cathode channel 13 is discharged outside the vehicle through the pipe 32a and the like.
Therefore, the oxidant off-gas discharge flow path for discharging the oxidant off-gas from the cathode flow path 13 includes the pipe 32a, the pipe 32b, and the pipe 33a.

背圧弁３２は、カソード流路１３における空気の圧力を制御するための弁であり、例えばバタフライ弁で構成され、その開度はＥＣＵ７０によって制御される。 The back pressure valve 32 is a valve for controlling the pressure of air in the cathode flow path 13, and is configured by, for example, a butterfly valve, and the opening degree thereof is controlled by the ECU 70.

希釈器３３は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガスに含まれる水素を希釈する箱状容器であり、その内部に混合用（希釈用）の希釈空間を有している。そして、希釈後のガスは、配管３３ａを通って車外に排出されるようになっている。 The diluter 33 is a box-shaped container that mixes anode off-gas and cathode off-gas and dilutes hydrogen contained in the anode off-gas, and has a dilution space for mixing (for dilution) therein. The diluted gas is discharged out of the vehicle through the pipe 33a.

流量センサ３４は、配管３１ａに取り付けられており、カソード流路１３に供給される空気（酸素）の流量を検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。 The flow rate sensor 34 is attached to the pipe 31 a, detects the flow rate of air (oxygen) supplied to the cathode flow path 13, and outputs it to the ECU 70.

＜冷媒系＞
冷媒系は、冷媒流路１４を経由するように冷媒を循環させる系であり、冷媒を圧送する冷媒ポンプ４１と、冷媒の通流方向を切り替えるサーモスタット４２と、冷媒の熱を車外（外部）に放出するラジエータ４３（放熱器）と、温度センサ４４（温度検出手段）と、温度センサ４５（温度検出手段）と、を備えている。 <Refrigerant system>
The refrigerant system is a system that circulates the refrigerant so as to pass through the refrigerant flow path 14. The refrigerant pump 41 that pumps the refrigerant, the thermostat 42 that switches the flow direction of the refrigerant, and the heat of the refrigerant to the outside (outside). A radiator 43 (radiator) for discharging, a temperature sensor 44 (temperature detection means), and a temperature sensor 45 (temperature detection means) are provided.

冷媒ポンプ４１の吐出口から順に、配管４１ａ、冷媒流路１４、配管４２ａ、サーモスタット４２、配管４２ｂ、ラジエータ４３、配管４３ａが接続されており、配管４３ａの下流端は冷媒ポンプ４１の吸入口に接続されている。そして、ＥＣＵ７０の指令に従って冷媒ポンプ４１が作動すると、冷媒が冷媒流路１４及びラジエータ４３を経由して循環するようになっている。よって、冷媒流路１４を通流する冷媒の流量は、冷媒ポンプ４１の回転速度と比例関係である。 In order from the discharge port of the refrigerant pump 41, the pipe 41a, the refrigerant flow path 14, the pipe 42a, the thermostat 42, the pipe 42b, the radiator 43, and the pipe 43a are connected, and the downstream end of the pipe 43a is connected to the suction port of the refrigerant pump 41. It is connected. And if the refrigerant | coolant pump 41 act | operates according to the instruction | command of ECU70, a refrigerant | coolant will circulate through the refrigerant | coolant flow path 14 and the radiator 43. FIG. Therefore, the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 14 is proportional to the rotational speed of the refrigerant pump 41.

また、サーモスタット４２は、配管４２ｃ（ラジエータバイパス流路）を介して、配管４３ａに接続されている。サーモスタット４２は、システムの低温起動時等、冷媒の温度が低い場合に冷媒の通流方向を配管４２ｃ側に切り替える方向切替弁である。そして、このように切り替えられると、冷媒が配管４２ｃを通流し、ラジエータ４３をバイパスするようになっている。 Moreover, the thermostat 42 is connected to the piping 43a via the piping 42c (radiator bypass flow path). The thermostat 42 is a direction switching valve that switches the flow direction of the refrigerant to the pipe 42c side when the temperature of the refrigerant is low, such as when the system is started at a low temperature. And if it switches in this way, a refrigerant will flow through piping 42c and bypass radiator 43.

温度センサ４４は、配管４１ａに取り付けられており、冷媒流路１４に流入する冷媒の温度Ｔ１を検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。 The temperature sensor 44 is attached to the pipe 41a, detects the temperature T1 of the refrigerant flowing into the refrigerant flow path 14, and outputs it to the ECU 70.

温度センサ４５は、配管４２ａに取り付けられており、冷媒流路１４から流出した直後の冷媒の温度Ｔ２を検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。なお、冷媒の温度Ｔ２は、燃料電池スタック１０の温度と略等しい。 The temperature sensor 45 is attached to the pipe 42 a, detects the refrigerant temperature T <b> 2 immediately after flowing out of the refrigerant flow path 14, and outputs it to the ECU 70. The refrigerant temperature T2 is substantially equal to the temperature of the fuel cell stack 10.

＜電力制御系＞
電力制御系は、モータ５１と、電力制御器５２と、コンタクタ５３と、出力検出器５４と、を備えている。モータ５１は、電力制御器５２、コンタクタ５３、出力検出器５４を介して、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。 <Power control system>
The power control system includes a motor 51, a power controller 52, a contactor 53, and an output detector 54. The motor 51 is connected to the output terminal of the fuel cell stack 10 via the power controller 52, the contactor 53, and the output detector 54.

モータ５１は、燃料電池車を走行させるための駆動力を発生する電動機である。
なお、モータ５１と電力制御器５２との間には、ＥＣＵ７０の指令に従って、三相交流を発生させるＰＤＵ（Power Drive Unit、図示しない）が設けられている。 The motor 51 is an electric motor that generates a driving force for running the fuel cell vehicle.
A PDU (Power Drive Unit, not shown) that generates a three-phase alternating current is provided between the motor 51 and the power controller 52 in accordance with a command from the ECU 70.

電力制御器５２は、ＥＣＵ７０の指令に従って、燃料電池スタック１０の出力（発電電力、スタック電流、スタック電圧）を制御する機能を備えている。このような電力制御器５２は、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の各種電子回路を備えて構成されている。また、電力制御器５２にはバッテリ（図示しない）が接続されており、電力制御器５２はバッテリの充電／放電を制御する機能も備えている。 The power controller 52 has a function of controlling the output (generated power, stack current, stack voltage) of the fuel cell stack 10 in accordance with a command from the ECU 70. Such a power controller 52 includes various electronic circuits such as a DC-DC chopper circuit. Further, a battery (not shown) is connected to the power controller 52, and the power controller 52 also has a function of controlling charging / discharging of the battery.

コンタクタ５３は、ＥＣＵ７０からの指令に従って、燃料電池スタック１０とモータ５１等の外部回路とを電気的にＯＮ（接続）／ＯＦＦ（遮断）するスイッチである。 The contactor 53 is a switch that electrically turns on (connects) / off (shuts off) the fuel cell stack 10 and an external circuit such as the motor 51 in accordance with a command from the ECU 70.

出力検出器５４は、燃料電池スタック１０の出力するスタック電流値及びスタック電圧値を検出する機器であり、電流センサ及び電圧センサを備えている。出力検出器５４は、検出したスタック電流値及びスタック電圧値をＥＣＵ７０に出力するようになっている。 The output detector 54 is a device that detects a stack current value and a stack voltage value output from the fuel cell stack 10, and includes a current sensor and a voltage sensor. The output detector 54 outputs the detected stack current value and stack voltage value to the ECU 70.

＜その他機器＞
ＩＧ６１は、燃料電池システム１（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ６１はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０はＩＧ６１のＯＮ信号（システム起動信号）、ＯＦＦ信号（システム停止信号）を検知するようになっている。 <Other equipment>
The IG 61 is a start switch of the fuel cell system 1 (fuel cell vehicle), and is provided around the driver's seat. The IG 61 is connected to the ECU 70, and the ECU 70 detects an ON signal (system start signal) and an OFF signal (system stop signal) of the IG 61.

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。 <ECU>
The ECU 70 is a control device that electronically controls the fuel cell system 1 and includes a CPU, ROM, RAM, various interfaces, electronic circuits, and the like, and controls various devices according to programs stored therein. However, various processes are executed.

＜ＥＣＵ−ストイキ比制御機能＞
ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１の回転速度を制御（可変）し、カソード流路１３に向かう空気（酸素）の流量（供給量）を制御（可変）することで、カソードに供給される酸素のストイキ比を制御する機能を備えている。 <ECU-Stoichiometric ratio control function>
The ECU 70 controls (variable) the rotational speed of the compressor 31 and controls (variable) the flow rate (supply amount) of air (oxygen) toward the cathode flow path 13 to thereby change the stoichiometric ratio of oxygen supplied to the cathode. It has a function to control.

＜ＥＣＵ−暖機促進判定機能＞
ＥＣＵ７０は、低温起動モードでの運転中、（１）燃料電池スタック１０の実測ＩＶ曲線（実際ＩＶ曲線）と目標ＩＶ曲線とを比較して、又は、（２）燃料電池スタック１０の実際発熱量（実測発熱量）と目標発熱量とを比較して、燃料電池スタック１０の暖機が促進しているか否か判定する機能を備えている。
なお、ここでは、燃料電池スタック１０の実測電流（実際電流）と目標電流とを一致させた場合における実測（実際）スタック電圧と目標スタック電圧との比較が、燃料電池スタック１０の実測ＩＶ曲線と目標ＩＶ曲線との比較に対応している。 <ECU-Warm-up acceleration determination function>
During operation in the low temperature start mode, the ECU 70 (1) compares the actual IV curve (actual IV curve) of the fuel cell stack 10 with the target IV curve, or (2) the actual calorific value of the fuel cell stack 10. A function is provided for determining whether or not the warm-up of the fuel cell stack 10 is promoted by comparing the (actual heat generation amount) with the target heat generation amount.
Here, the comparison between the measured (actual) stack voltage and the target stack voltage in the case where the measured current (actual current) of the fuel cell stack 10 is matched with the target current is obtained by comparing the measured IV curve of the fuel cell stack 10 with the measured IV curve. It corresponds to the comparison with the target IV curve.

＜ＥＣＵ−温度検出機能＞
ＥＣＵ７０は、温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２と、冷媒ポンプ４１の回転速度（冷媒の流量）とに基づいて、燃料電池スタック１０の温度を検出する機能を備えている。 <ECU-temperature detection function>
The ECU 70 has a function of detecting the temperature of the fuel cell stack 10 based on the refrigerant temperature T2 detected via the temperature sensor 45 and the rotational speed of the refrigerant pump 41 (refrigerant flow rate).

＜ＥＣＵ−実際発熱量算出機能＞
ＥＣＵ７０は、温度センサ４４を介して検出される冷媒の温度Ｔ１と、温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２と、冷媒ポンプ４１の回転速度（冷媒の流量）とに基づいて、燃料電池スタック１０の実測発熱量（実際発熱量）を算出（検出）する機能を備えている。 <ECU—Actual calorific value calculation function>
The ECU 70 determines the fuel based on the refrigerant temperature T1 detected via the temperature sensor 44, the refrigerant temperature T2 detected via the temperature sensor 45, and the rotational speed (refrigerant flow rate) of the refrigerant pump 41. A function of calculating (detecting) an actual calorific value (actual calorific value) of the battery stack 10 is provided.

＜ＥＣＵ−残り時間算出機能＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池の暖機を完了すべき目標暖機完了時刻までの残り時間を算出する機能を備えている。 <ECU—Remaining time calculation function>
The ECU 70 has a function of calculating the remaining time until the target warm-up completion time when the warm-up of the fuel cell is to be completed.

＜ＥＣＵ−目標発熱量算出機能＞
ＥＣＵ７０は、温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２と、目標暖機完了時刻までの残り時間とに基づいて、燃料電池スタック１０の目標発熱量を算出する機能を備えている。 <ECU—Target heat value calculation function>
The ECU 70 has a function of calculating the target heat generation amount of the fuel cell stack 10 based on the refrigerant temperature T2 detected through the temperature sensor 45 and the remaining time until the target warm-up completion time.

＜ＥＣＵ−目標ＩＶ曲線算出機能＞
ＥＣＵ７０は、目標発熱量に基づいて、目標スタック電流及び目標スタック電圧を算出し、目標ＩＶ曲線を算出する機能を備えている。 <ECU-Target IV curve calculation function>
The ECU 70 has a function of calculating a target stack current and a target stack voltage based on the target heat generation amount and calculating a target IV curve.

＜ＥＣＵ−実測（実際）ＩＶ曲線算出機能＞
ＥＣＵ７０は、実測スタック電流及び実測スタック電圧に基づいて、実測ＩＶ曲線を算出する機能を備えている。 <ECU-actual measurement (actual) IV curve calculation function>
The ECU 70 has a function of calculating an actual IV curve based on the actual stack current and the actual stack voltage.

≪燃料電池システムの動作≫
次に、図２を参照して、燃料電池システム１の動作を説明する。
なお、初期状態（システム停止状態）において、燃料電池スタック１０は発電停止状態である。そして、ＥＣＵ７０がＩＧ６１のＯＮ信号を検知すると、図２の処理がスタートする。 ≪Operation of fuel cell system≫
Next, the operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIG.
In the initial state (system stopped state), the fuel cell stack 10 is in a power generation stopped state. And when ECU70 detects the ON signal of IG61, the process of FIG. 2 will start.

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、冷媒ポンプ４１をＯＮし、冷媒を循環させる。この場合において、通常、冷媒は低温であるので配管４２ｃを通流し、ラジエータ４３をバイパス（迂回）する。 In step S101, the ECU 70 turns on the refrigerant pump 41 to circulate the refrigerant. In this case, since the refrigerant is usually low in temperature, the refrigerant flows through the pipe 42c and bypasses the radiator 43.

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、アノード流路１２を水素に、カソード流路１３を空気（酸素）に置換する。
具体的には、ＥＣＵ７０は、遮断弁２２を開いた後、パージ弁２５を所定の開弁時間にて繰り返し開く。そうすると、アノード流路１２における水素への置換が進み、水素濃度が上昇する。これに並行して、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１をＯＮし、カソード流路１３に空気を供給する。そうすると、カソード流路１３における空気への置換が進み、酸素濃度が上昇する。これにより、各単セル１１において、電極反応が進み、単セル１１のＯＣＶが上昇する。 In step S102, the ECU 70 replaces the anode channel 12 with hydrogen and the cathode channel 13 with air (oxygen).
Specifically, after opening the shut-off valve 22, the ECU 70 repeatedly opens the purge valve 25 at a predetermined valve opening time. Then, the replacement with hydrogen in the anode flow path 12 proceeds, and the hydrogen concentration increases. In parallel with this, the ECU 70 turns on the compressor 31 and supplies air to the cathode channel 13. Then, replacement with air in the cathode flow path 13 proceeds, and the oxygen concentration increases. Thereby, in each single cell 11, an electrode reaction advances and OCV of the single cell 11 rises.

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、単セル１１のＯＣＶ（平均セル電圧又は最低セル電圧）が、所定ＯＣＶ以上であるか否か判定する。所定ＯＣＶは、燃料電池スタック１０が発電開始可能と判断されるＯＣＶであり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。 In step S103, the ECU 70 determines whether the OCV (average cell voltage or lowest cell voltage) of the single cell 11 is equal to or higher than a predetermined OCV. The predetermined OCV is an OCV at which it is determined that the fuel cell stack 10 can start power generation, is obtained by a preliminary test or the like, and is stored in the ECU 70 in advance.

ＯＣＶは所定ＯＣＶ以上であると判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０４に進む。ＯＣＶは所定ＯＣＶ以上でないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０はステップＳ１０３の判定を繰り返す。したがって、ＩＧ６１のＯＮから「ステップＳ１０３・Ｙｅｓ」となるまでの時間が、システム起動時の状況（アノード流路１２における水素濃度等）に対応して、ばらつくことになる。 When it is determined that the OCV is equal to or greater than the predetermined OCV (S103 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S104. When it is determined that the OCV is not equal to or higher than the predetermined OCV (No in S103), the ECU 70 repeats the determination in step S103. Therefore, the time from when the IG 61 is turned on to “Step S103 / Yes” varies depending on the situation when the system is activated (hydrogen concentration in the anode flow path 12 and the like).

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、コンタクタ５３をＯＮする。 In step S104, the ECU 70 turns on the contactor 53.

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を低温起動モード（氷点下起動モード）で運転（起動）する必要があるか否か判定する。低温起動モードとは、システム起動時における燃料電池スタック１０が低温であるため、通常起動モード（Ｓ１２１）に対して、発電に伴う燃料電池スタック１０の自己発熱量を増加させ、燃料電池スタック１０の暖機を促進するモードである。ここでは、温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２（燃料電池スタック１０の温度）が、所定温度以下である場合、低温起動モードで運転する必要があると判定される。所定温度は燃料電池スタック１０の暖機促進が必要と判断される温度（例えば０〜５℃）であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。 In step S105, the ECU 70 determines whether or not the fuel cell system 1 needs to be operated (started) in the low temperature start mode (below-freezing start mode). In the low temperature startup mode, the temperature of the fuel cell stack 10 at the time of system startup is low. Therefore, compared with the normal startup mode (S121), the amount of self-heating of the fuel cell stack 10 accompanying power generation is increased. This mode promotes warm-up. Here, when the refrigerant temperature T2 (temperature of the fuel cell stack 10) detected via the temperature sensor 45 is equal to or lower than a predetermined temperature, it is determined that it is necessary to operate in the low temperature startup mode. The predetermined temperature is a temperature (for example, 0 to 5 ° C.) at which it is determined that it is necessary to promote warm-up of the fuel cell stack 10, is obtained by a preliminary test or the like, and is stored in the ECU 70 in advance.

低温起動モードで運転する必要があると判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０６に進む。なお、この場合が、システム起動時に所定条件が成立した場合である。低温起動モードで運転する必要がないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１２１に進む。 When it is determined that it is necessary to operate in the low temperature startup mode (Yes in S105), the process of the ECU 70 proceeds to step S106. This case is a case where a predetermined condition is satisfied at the time of system startup. If it is determined that there is no need to operate in the low temperature startup mode (S105, No), the process of the ECU 70 proceeds to step S121.

＜通常起動モード＞
ステップＳ１２１において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を通常起動モードで運転する。通常起動モードとは、燃料電池スタック１０に予め設定された通常流量・通常圧力で水素及び空気を供給しながら、燃料電池スタック１０を例えばアイドリング状態（無負荷状態）よりもやや高めの出力で発電させ、発電に伴う自己発熱によって、燃料電池スタック１０を通常に暖機するモードである。このような通常起動モードにおいて、カソード流路１３に供給される空気のストイキ比は、酸素が過剰となるようにやや高めに設定される。 <Normal startup mode>
In step S121, the ECU 70 operates the fuel cell system 1 in the normal activation mode. In the normal start mode, hydrogen and air are supplied to the fuel cell stack 10 at a normal flow rate and normal pressure set in advance, and the fuel cell stack 10 generates power at a slightly higher output than, for example, an idling state (no load state). In this mode, the fuel cell stack 10 is normally warmed up by self-heating caused by power generation. In such a normal start-up mode, the stoichiometric ratio of the air supplied to the cathode channel 13 is set slightly higher so that oxygen becomes excessive.

ステップＳ１２２において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０の暖機が完了したか否か判定する。ここでは、温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２（燃料電池スタック１０の温度）が、所定暖機完了温度以上である場合、燃料電池スタック１０の暖機は完了したと判定される。所定暖機完了温度は、暖機用の通常起動モードを終了し、定常モードに移行したとしても、その後の自己発熱により燃料電池スタック１０の温度が定常運転温度（例えば、８０〜９０℃）に到達すると判断される温度（例えば、４０〜６０℃）に設定される。 In step S122, the ECU 70 determines whether or not the warm-up of the fuel cell stack 10 has been completed. Here, when the refrigerant temperature T2 (temperature of the fuel cell stack 10) detected via the temperature sensor 45 is equal to or higher than the predetermined warm-up completion temperature, it is determined that the warm-up of the fuel cell stack 10 has been completed. . The predetermined warm-up completion temperature is such that even if the normal start-up mode for warm-up is terminated and the mode is shifted to the steady mode, the temperature of the fuel cell stack 10 is changed to the steady operation temperature (for example, 80 to 90 ° C.) The temperature is determined to be reached (for example, 40 to 60 ° C.).

燃料電池スタック１０の暖機は完了したと判定した場合（Ｓ１２２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１２３に進む。燃料電池スタック１０の暖機は完了していないと判定した場合（Ｓ１２２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０はステップＳ１２２の判定を繰り返す。 When it is determined that the warm-up of the fuel cell stack 10 has been completed (S122 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S123. When it is determined that the warm-up of the fuel cell stack 10 has not been completed (No at S122), the ECU 70 repeats the determination at Step S122.

＜定常モード＞
ステップＳ１２３において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を定常モードで運転する。具体的には、ＥＣＵ７０は、アクセル開度等に基づいて算出される発電要求量（負荷要求量）に対応して、水素及び空気を供給しながら、燃料電池スタック１０を発電させる。 <Stationary mode>
In step S123, the ECU 70 operates the fuel cell system 1 in the steady mode. Specifically, the ECU 70 causes the fuel cell stack 10 to generate electric power while supplying hydrogen and air in accordance with the required power generation amount (load required amount) calculated based on the accelerator opening and the like.

その後、ＥＣＵ７０の処理はＥＮＤに進み、一連の処理を終了する。 Thereafter, the process of the ECU 70 proceeds to END, and the series of processes is terminated.

＜低温起動モード＞
次に、「ステップＳ１０５・Ｙｅｓ」となって実行する低温起動モードにおける処理を説明する。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、目標発熱量を算出する。具体的には、ＥＣＵ７０は、温度センサ４５を介して検出される冷媒（燃料電池スタック１０）の温度Ｔ２と、暖機完了時刻までの残り時間と、図４のマップとに基づいて、目標発熱量を算出する（矢印Ａ１参照）。図４のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。 <Low temperature startup mode>
Next, the process in the low temperature startup mode executed as “Step S105 · Yes” will be described.
In step S106, the ECU 70 calculates a target heat generation amount. Specifically, the ECU 70 generates the target heat generation based on the temperature T2 of the refrigerant (fuel cell stack 10) detected via the temperature sensor 45, the remaining time until the warm-up completion time, and the map of FIG. The amount is calculated (see arrow A1). The map in FIG. 4 is obtained by a preliminary test or the like and is stored in the ECU 70 in advance.

目標発熱量は、今回制御周期の間（今回Ｓ１０６と次回Ｓ１０６との間）に発生させるべき発熱量であり、燃料電池スタック１０の温度Ｔ２が高くなるにつれて、目標発熱量が小さくなる関係となっている。その他に例えば、目標発熱量は、現在から燃料電池スタック１０の暖機が完了したと判断される時までに燃料電池スタック１０で発生させるべき発熱量、つまり、燃料電池スタック１０の温度が前記暖機完了温度に到達するまでに発生させるべき発熱量ともできる。 The target heat generation amount is a heat generation amount to be generated during the current control cycle (between the current S106 and the next S106), and the target heat generation amount becomes smaller as the temperature T2 of the fuel cell stack 10 increases. ing. In addition, for example, the target calorific value is the calorific value to be generated in the fuel cell stack 10 from the present time until it is determined that the warm-up of the fuel cell stack 10 is completed, that is, the temperature of the fuel cell stack 10 is the warm temperature. It can also be the amount of heat generated to reach the machine completion temperature.

残り時間は、現在時刻から目標暖機完了時刻までの時間である。目標暖機完了時刻は、システムの起動毎に、ＩＧ６１のＯＮ時刻に、車両の商品性を考慮して設定された所定時間を加算することで設定される。そして、残り時間が短くなるにつれて、燃料電池スタック１０の暖機を急ぐ必要があるため、目標発熱量が大きくなる関係となっている。 The remaining time is the time from the current time to the target warm-up completion time. The target warm-up completion time is set by adding a predetermined time set in consideration of the merchantability of the vehicle to the ON time of the IG 61 every time the system is activated. Then, as the remaining time becomes shorter, it is necessary to quickly warm up the fuel cell stack 10, so that the target heat generation amount is increased.

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ７０は、目標スタック電流、目標スタック電圧及び目標ストイキ比を算出する。目標スタック電流は、燃料電池スタック１０の出力する電流の目標値である。また、燃料電池スタック１０は、複数の単セル１１が電気的に直列で接続された構成であるので、目標スタック電流は目標セル電流（単セル１１を通流する電流の目標値）と等しくなる。一方、目標スタック電圧は目標セル電圧の総和である総電圧となる。 In step S107, the ECU 70 calculates a target stack current, a target stack voltage, and a target stoichiometric ratio. The target stack current is a target value of the current output from the fuel cell stack 10. Further, since the fuel cell stack 10 has a configuration in which a plurality of single cells 11 are electrically connected in series, the target stack current is equal to the target cell current (target value of the current flowing through the single cell 11). . On the other hand, the target stack voltage is a total voltage that is the sum of the target cell voltages.

具体的には、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０６で算出した目標発熱量と、図５のマップとに基づいて、目標スタック電流を算出する（矢印Ａ２参照）。図５のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。図５に示すように、目標発熱量が大きくなるにつれて、目標スタック電流が大きくなる関係となっている。 Specifically, the ECU 70 calculates a target stack current based on the target heat generation amount calculated in step S106 and the map of FIG. 5 (see arrow A2). The map of FIG. 5 is obtained by a preliminary test or the like and is stored in advance in the ECU 70. As shown in FIG. 5, the target stack current increases as the target heat generation amount increases.

また、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０６で算出した目標発熱量と、図６のマップとに基づいて、目標スタック電圧を算出する（矢印Ａ３参照）。図６のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。図６に示すように、目標発熱量が大きくなるにつれて、目標スタック電圧は、急激に低下した後、所定値に近づく関係となっている。 Further, the ECU 70 calculates a target stack voltage based on the target heat generation amount calculated in step S106 and the map of FIG. 6 (see arrow A3). The map of FIG. 6 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the ECU 70 in advance. As shown in FIG. 6, as the target heat generation amount increases, the target stack voltage rapidly decreases and then approaches a predetermined value.

また、ＥＣＵ７０は、算出した目標スタック電圧と、図７のマップとに基づいて、目標ストイキ比を算出する（矢印Ａ４参照）。図７のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。図７に示すように、目標スタック電圧が低くなるにつれて、濃度過電圧が大きくなるように、目標ストイキ比が小さくなる関係となっている。 Further, the ECU 70 calculates a target stoichiometric ratio based on the calculated target stack voltage and the map of FIG. 7 (see arrow A4). The map in FIG. 7 is obtained by a preliminary test or the like and is stored in the ECU 70 in advance. As shown in FIG. 7, as the target stack voltage decreases, the target stoichiometric ratio decreases so that the concentration overvoltage increases.

このようにして算出された目標スタック電流及び目標スタック電圧に基づいて、ＥＣＵ７０に予め記憶されている複数のＩＶ曲線（ＩＶ特性）から、今回目標とすべき目標ＩＶ曲線が算出（選択）されることになる（図８、矢印Ａ５、矢印Ａ６参照）。 Based on the target stack current and target stack voltage calculated in this way, a target IV curve to be targeted this time is calculated (selected) from a plurality of IV curves (IV characteristics) stored in advance in the ECU 70. (See arrows A5 and A6 in FIG. 8).

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０７で算出した目標スタック電流、目標スタック電圧及び目標ストイキ比に従って、燃料電池システム１を制御する。
具体的には、ＥＣＵ７０は、目標スタック電流を指令値として電力制御器５２に出力し、電力制御器５２はこれに従って燃料電池スタック１０が実際に出力する電流を制御する。この場合において、ＥＣＵ７０は、出力検出器５４を介して検出される実測スタック電流が、目標スタック電流となるように、フィードバックさせる。 In step S108, the ECU 70 controls the fuel cell system 1 according to the target stack current, the target stack voltage, and the target stoichiometric ratio calculated in step S107.
Specifically, the ECU 70 outputs the target stack current as a command value to the power controller 52, and the power controller 52 controls the current that is actually output by the fuel cell stack 10 in accordance with this. In this case, the ECU 70 performs feedback so that the actually measured stack current detected via the output detector 54 becomes the target stack current.

また、ＥＣＵ７０は、目標ストイキ比となるように空気（酸素）の流量、つまり、コンプレッサ３１の回転速度を制御する。これに加えて又は代えて、背圧弁３２の開度を制御する構成としてもよい。 Further, the ECU 70 controls the flow rate of air (oxygen), that is, the rotational speed of the compressor 31 so as to achieve the target stoichiometric ratio. In addition to or instead of this, the opening degree of the back pressure valve 32 may be controlled.

なお、ＥＣＵ７０がステップＳ１０８の処理を初めて実行する場合、ステップＳ１０８において、低温起動モードでの運転開始、つまり、低温起動モードにおいて燃料電池スタックが発電開始する。 When the ECU 70 executes the process of step S108 for the first time, in step S108, the operation starts in the low temperature startup mode, that is, the fuel cell stack starts generating power in the low temperature startup mode.

ステップＳ２００において、ＥＣＵ７０は、目標ストイキ比を補正する。具体的な内容は後で説明する。 In step S200, the ECU 70 corrects the target stoichiometric ratio. Specific contents will be described later.

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ７０は、補正後の目標ストイキ比に従って、コンプレッサ３１の回転速度を制御する。なお、後記するステップＳ２０５を経由していない場合、つまり、目標ストイキ比を補正していない場合、現状の目標ストイキ比を維持する。 In step S109, the ECU 70 controls the rotation speed of the compressor 31 according to the corrected target stoichiometric ratio. In addition, when not passing through step S205 mentioned later, that is, when the target stoichiometric ratio is not corrected, the current target stoichiometric ratio is maintained.

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７０は、現在時刻から目標暖機完了時刻までの時間である残り時間が０であるか否か判定する。 In step S110, the ECU 70 determines whether or not the remaining time that is the time from the current time to the target warm-up completion time is zero.

残り時間は０であると判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１２１に進む。残り時間は０でないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１１に進む。 When it is determined that the remaining time is 0 (S110 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S121. If it is determined that the remaining time is not 0 (S110, No), the process of the ECU 70 proceeds to step S111.

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１２２と同様に、燃料電池スタック１０の暖機が完了したか否か判定する。 In step S111, the ECU 70 determines whether or not the warm-up of the fuel cell stack 10 has been completed, as in step S122.

燃料電池スタック１０の暖機は完了したと判定した場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１２３に進む。燃料電池スタック１０の暖機は完了していないと判定した場合（Ｓ１１１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０６に進む。 When it is determined that the warm-up of the fuel cell stack 10 has been completed (S111 / Yes), the processing of the ECU 70 proceeds to step S123. When it is determined that the warm-up of the fuel cell stack 10 has not been completed (No at S111), the process of the ECU 70 proceeds to step S106.

＜目標ストイキ比補正処理Ｓ２００＞
次に、図３を参照して、目標ストイキ比補正処理（Ｓ２００）の内容を説明する。 <Target stoichiometric ratio correction process S200>
Next, the contents of the target stoichiometric ratio correction process (S200) will be described with reference to FIG.

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ７０は、セル電圧モニタ１５を介して検出され最低セル電圧が所定値よりも高いか否か判定する。所定値は、事前試験等により求められＥＣＵ７０に予め記憶されており、例えば、セル電圧が所定値以下になると、単セル１１が劣化・破損する虞のある値（フェールセーフ値）に設定される。 In step S201, the ECU 70 determines whether or not the minimum cell voltage detected through the cell voltage monitor 15 is higher than a predetermined value. The predetermined value is obtained by a preliminary test or the like and is stored in the ECU 70 in advance. For example, when the cell voltage becomes equal to or lower than the predetermined value, the single cell 11 is set to a value (fail safe value) that may be deteriorated or damaged. .

最低セル電圧は所定値よりも高いと判定した場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０２に進む。最低セル電圧は所定値よりも高くないと判定した場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０３に進む。 When it is determined that the minimum cell voltage is higher than the predetermined value (S201 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S202. When it is determined that the minimum cell voltage is not higher than the predetermined value (No in S201), the process of the ECU 70 proceeds to step S203.

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ７０は、目標ストイキ比の補正値として、減算側（発熱量増加側、マイナス側）の値を設定する。なお、この減算側の補正値で仮に補正された場合、目標ストイキ比が小さくなって酸素が少なくなり、濃度過電圧が大きくなり、そして、スタック電圧が低下すると共に発熱量が増加することになる。 In step S202, the ECU 70 sets a value on the subtraction side (heat generation amount increase side, minus side) as a correction value for the target stoichiometric ratio. If the correction value is corrected with the correction value on the subtraction side, the target stoichiometric ratio is decreased, oxygen is decreased, the concentration overvoltage is increased, and the stack voltage is decreased and the heat generation amount is increased.

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ７０は、目標ストイキ比の補正値として、加算側（発熱量増加側、プラス側）の値を設定する。なお、この加算側の補正値で仮に補正された場合、目標ストイキ比が大きくなって酸素が多くなり、濃度過電圧が小さくなり、そして、スタック電圧が上昇すると共に発熱量が低下することになる。 In step S203, the ECU 70 sets a value on the addition side (heat generation amount increase side, plus side) as a correction value for the target stoichiometric ratio. If the correction value on the addition side is corrected, the target stoichiometric ratio increases, oxygen increases, the concentration overvoltage decreases, and the stack voltage increases and the calorific value decreases.

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ７０は、出力検出器５４を介して検出される燃料電池スタック１０の実際に出力する電圧である実測スタック電圧が、図２のステップＳ１０７で算出した目標スタック電圧よりも高いか否か判定する。なお、実測スタック電流と目標スタック電流とは一致している。 In step S204, the ECU 70 determines whether the actually measured stack voltage, which is the voltage actually output from the fuel cell stack 10 detected via the output detector 54, is higher than the target stack voltage calculated in step S107 of FIG. To determine. Note that the measured stack current and the target stack current match.

実測スタック電圧は目標スタック電圧よりも高いと判定した場合（Ｓ２０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０５に進む。この場合は、例えば、燃料電池スタック１０の総使用時間（総発電時間）が短く、触媒の活性が高いため、ストイキ比が小さくてもカソードにおける電極反応が良好に進行し、燃料電池スタック１０の実際のＩＶ曲線（実測ＩＶ曲線）が目標ＩＶ曲線よりも高い場合である（図９参照）。なお、このように実測ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線よりも高いと、濃度過電圧が小さくなり、燃料電池スタック１０の発熱量が小さくなるので、燃料電池スタック１０の暖機が遅れる傾向となる。 When it is determined that the actually measured stack voltage is higher than the target stack voltage (S204 / Yes), the process of the ECU 70 proceeds to step S205. In this case, for example, since the total use time (total power generation time) of the fuel cell stack 10 is short and the catalyst activity is high, the electrode reaction at the cathode proceeds well even if the stoichiometric ratio is small, and the fuel cell stack 10 This is a case where the actual IV curve (actually measured IV curve) is higher than the target IV curve (see FIG. 9). When the actually measured IV curve is higher than the target IV curve in this way, the concentration overvoltage becomes small and the heat generation amount of the fuel cell stack 10 becomes small, so that the warm-up of the fuel cell stack 10 tends to be delayed.

実測スタック電圧は目標スタック電圧よりも高くないと判定した場合（Ｓ２０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０６に進む。 When it is determined that the actually measured stack voltage is not higher than the target stack voltage (No in S204), the process of the ECU 70 proceeds to Step S206.

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ７０は、実測発熱量が目標発熱量よりも小さいか否か判定する。実測発熱量は、今回制御周期（前回Ｓ２００〜今回Ｓ２００）において、燃料電池スタック１０で実際に発生し暖機に寄与した発熱量である。目標発熱量は、今回制御周期（前回Ｓ２００〜今回Ｓ２００）において、燃料電池スタック１０で生成しておくべき発熱量であり、図２のステップＳ１０６で算出された発熱量である。
ただし、発熱量を算出する期間は、今回制御周期に限定されず、その他に例えば、今回発電開始から現在としてもよい。 In step S206, the ECU 70 determines whether or not the actually measured heat generation amount is smaller than the target heat generation amount. The actually measured calorific value is the calorific value actually generated in the fuel cell stack 10 and contributing to warm-up in the current control cycle (previous S200 to current S200). The target heat generation amount is the heat generation amount that should be generated in the fuel cell stack 10 in the current control cycle (previous S200 to current S200), and is the heat generation amount calculated in step S106 of FIG.
However, the period during which the heat generation amount is calculated is not limited to the current control cycle, but may be, for example, the current power generation start to the current time.

＜実測発熱量の算出方法１＞
燃料電池スタック１０の温度は、（１）冷媒流路１４から流出し温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２の上昇速度と、冷媒の流量とに基づいて算出される。これは、燃料電池スタック１０の温度の上昇速度が高くなるにつれて、また、冷媒の流量が小さくなるにつれて、冷媒の温度Ｔ２の上昇速度が大きくなるという関係を有しており、発電（暖機）開始前において、燃料電池スタック１０の温度は冷媒の温度と略等しいからである。冷媒の流量は、冷媒ポンプ４１の回転速度に基づいて算出される。 <Calculation method 1 of actual calorific value>
The temperature of the fuel cell stack 10 is calculated based on (1) the rising speed of the refrigerant temperature T2 flowing out of the refrigerant flow path 14 and detected through the temperature sensor 45, and the flow rate of the refrigerant. This has the relationship that the rising speed of the temperature T2 of the refrigerant increases as the rising speed of the temperature of the fuel cell stack 10 increases and the flow rate of the refrigerant decreases. This is because the temperature of the fuel cell stack 10 is substantially equal to the temperature of the refrigerant before the start. The flow rate of the refrigerant is calculated based on the rotation speed of the refrigerant pump 41.

そして、冷媒の温度Ｔ２の上昇速度と、冷媒の流量とに基づいて、燃料電池スタック１０の温度の上昇速度が算出される。そして、燃料電池スタック１０の温度の上昇速度と、今回制御周期の時間とに基づいて、今回制御周期における実測発熱量が算出される。 Based on the rising speed of the refrigerant temperature T2 and the flow rate of the refrigerant, the rising speed of the temperature of the fuel cell stack 10 is calculated. Based on the rate of temperature rise of the fuel cell stack 10 and the time of the current control cycle, the actual heat generation amount in the current control cycle is calculated.

＜実測発熱量の算出方法２＞
また、燃料電池スタックの温度は、（２）冷媒流路１４に流入し温度センサ４４を介して検出される冷媒の温度Ｔ１と、冷媒流路１４から流出し温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２との温度差（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）と、冷媒の流量とに基づいて算出される。これは、燃料電池スタック１０の温度の上昇速度が高くなるにつれて、また、冷媒の流量が小さくなるにつれて、冷媒流路１４前後における冷媒の温度差ΔＴが大きくなるという関係を有しているからである。 <Calculation method 2 of actual calorific value>
The temperature of the fuel cell stack is (2) the refrigerant temperature T1 flowing into the refrigerant flow path 14 and detected via the temperature sensor 44, and the temperature flowing out of the refrigerant flow path 14 and detected via the temperature sensor 45. It is calculated based on the temperature difference (ΔT = T2−T1) from the refrigerant temperature T2 and the refrigerant flow rate. This is because the temperature difference ΔT of the refrigerant before and after the refrigerant flow path 14 increases as the temperature increase rate of the fuel cell stack 10 increases and as the refrigerant flow rate decreases. is there.

これにより、冷媒の温度差ΔＴと、冷媒の流量とに基づいて、燃料電池スタック１０の温度の上昇速度が算出される。そして、燃料電池スタック１０の温度の上昇速度と、今回制御周期の時間とに基づいて、今回制御周期における実測発熱量が算出される。 Thus, the temperature increase rate of the fuel cell stack 10 is calculated based on the refrigerant temperature difference ΔT and the refrigerant flow rate. Based on the rate of temperature rise of the fuel cell stack 10 and the time of the current control cycle, the actual heat generation amount in the current control cycle is calculated.

＜実測発熱量の算出方法３＞
燃料電池スタック１０の温度は、冷媒流路１４から流出し温度センサ４５を介して検出される冷媒の温度Ｔ２と略等しいと考えることもできる。このように考える場合、発電（暖機）開始前及び現在における冷媒の温度Ｔ２（燃料電池スタック１０の温度）に基づいて、今回制御周期における実測発熱量が算出される。 <Calculation method 3 of actual calorific value>
It can be considered that the temperature of the fuel cell stack 10 is substantially equal to the refrigerant temperature T2 that flows out of the refrigerant flow path 14 and is detected via the temperature sensor 45. When thinking in this way, the actual heat generation amount in the current control period is calculated based on the refrigerant temperature T2 (temperature of the fuel cell stack 10) before the start of power generation (warming up) and at the present time.

実測発熱量は目標発熱量よりも小さいと判定した場合（Ｓ２０６・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０５に進む。この場合は、例えば、実測ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線と一致し、実測スタック電流が目標スタック電流と一致し、実測スタック電圧が目標スタック電流と一致しているにも関わらず（図１０参照）、燃料電池スタック１０内に多量の氷が存在するため、生成した熱が前記氷の融解で消失し、燃料電池スタック１０の暖機が遅れている場合である。 If it is determined that the actually measured heat generation amount is smaller than the target heat generation amount (S206, Yes), the processing of the ECU 70 proceeds to step S205. In this case, for example, the measured IV curve matches the target IV curve, the measured stack current matches the target stack current, and the measured stack voltage matches the target stack current (see FIG. 10). This is a case where since a large amount of ice is present in the fuel cell stack 10, the generated heat is lost due to the melting of the ice, and the warm-up of the fuel cell stack 10 is delayed.

実測発熱量は目標発熱量よりも小さくないと判定した場合（Ｓ２０６・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はＥＮＤを経由して図２のステップＳ１０９に進む。
なお、ステップＳ２０３を経由している場合のみ、ステップＳ２０３で算出した補正値に従って目標ストイキ比を補正する構成としてもよい。このような構成にすれば、空気の流量が増加し、例えば、燃料電池スタック１０内の水が押し出され、燃料電池スタック１０の劣化を防止できる。 When it is determined that the actually measured heat generation amount is not smaller than the target heat generation amount (No in S206), the processing of the ECU 70 proceeds to step S109 in FIG. 2 via END.
Note that the target stoichiometric ratio may be corrected according to the correction value calculated in step S203 only when the process passes through step S203. With such a configuration, the flow rate of air increases, for example, water in the fuel cell stack 10 is pushed out, and deterioration of the fuel cell stack 10 can be prevented.

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ７０は、図１のステップＳ１０７で算出した現在の目標ストイキ比を、ステップＳ２０２又はステップＳ２０３で算出した補正値で補正する。 In step S205, the ECU 70 corrects the current target stoichiometric ratio calculated in step S107 of FIG. 1 with the correction value calculated in step S202 or step S203.

すなわち、ステップＳ２０２を経由している場合、ＥＣＵ７０は、目標ストイキ比を減算側（熱増加側）の補正値で補正する。これにより、目標ストイキ比は小さくなり、図２のステップＳ１０９において、この補正後の目標ストイキ比に従ってコンプレッサ３１の回転速度が制御され、つまり、コンプレッサ３１の回転速度が低下すると、濃度過電圧が大きくなって、スタック電圧が低下し（図９、図１０参照）、燃料電池スタック１０の発熱量が増加し、燃料電池スタック１０の暖機がさらに進むことになる。 That is, when passing through step S202, the ECU 70 corrects the target stoichiometric ratio with the correction value on the subtraction side (heat increase side). As a result, the target stoichiometric ratio is reduced, and in step S109 in FIG. 2, the rotational speed of the compressor 31 is controlled in accordance with the corrected target stoichiometric ratio. That is, when the rotational speed of the compressor 31 decreases, the concentration overvoltage increases. As a result, the stack voltage decreases (see FIGS. 9 and 10), the amount of heat generated by the fuel cell stack 10 increases, and the warm-up of the fuel cell stack 10 further proceeds.

また、ステップＳ２０３を経由している場合、ＥＣＵ７０は、目標ストイキ比を加算側（熱減少側）の補正値で補正する。これにより、目標ストイキ比は大きくなり、図２のステップＳ１０９において、この補正後の目標ストイキ比に従ってコンプレッサ３１の回転速度が制御され、つまり、コンプレッサ３１の回転速度が増加すると、空気の流量が増加し、例えば、燃料電池スタック１０内の水が押し出され、最低セル電圧が上昇し、燃料電池スタック１０の劣化を防止できる。 Further, when the process goes through step S203, the ECU 70 corrects the target stoichiometric ratio with the correction value on the addition side (heat reduction side). As a result, the target stoichiometric ratio increases, and in step S109 in FIG. 2, the rotational speed of the compressor 31 is controlled according to the corrected target stoichiometric ratio. That is, as the rotational speed of the compressor 31 increases, the air flow rate increases. For example, the water in the fuel cell stack 10 is pushed out, the minimum cell voltage is increased, and the deterioration of the fuel cell stack 10 can be prevented.

その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して図２のステップＳ１０９に進む。 Thereafter, the processing of the ECU 70 proceeds to step S109 in FIG. 2 via END.

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば次の効果を得る。
最低セル電圧が所定値よりも高く（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、実測スタック電流が目標スタック電流と一致している場合において、実測スタック電圧が目標スタック電圧よりも高いとき（Ｓ２０４・Ｙｅｓ）、つまり、実測ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線よりも高いとき、目標ストイキ比を小さくするので（Ｓ２０５）、燃料電池スタック１０における発熱量が増加し、燃料電池スタック１０を良好に暖機できる（図９、矢印Ａ７参照）。 ≪Effect of fuel cell system≫
According to such a fuel cell system 1, the following effects are obtained.
When the minimum cell voltage is higher than the predetermined value (S201 / Yes) and the measured stack current matches the target stack current, the measured stack voltage is higher than the target stack voltage (S204 / Yes), that is, the measured When the IV curve is higher than the target IV curve, the target stoichiometric ratio is reduced (S205), so the amount of heat generated in the fuel cell stack 10 increases, and the fuel cell stack 10 can be warmed up well (see arrow A7 in FIG. 9). ).

この場合において、実測スタック電圧と目標スタック電圧との差（実際ＩＶ曲線と目標ＩＶ曲線との差）が大きくなるにつれて、目標ストイキ比を小さくすることが好ましい。このようにすれば、燃料電池スタック１０の不足発熱量（実際ＩＶ曲線と目標ＩＶ曲線との差）に対応して、発熱量を大きくできる。 In this case, it is preferable to decrease the target stoichiometric ratio as the difference between the actually measured stack voltage and the target stack voltage (the difference between the actual IV curve and the target IV curve) increases. In this way, the calorific value can be increased corresponding to the insufficient calorific value of the fuel cell stack 10 (the difference between the actual IV curve and the target IV curve).

実測スタック電流が目標スタック電流と一致している場合において、実測スタック電圧が目標スタック電圧以下（実測ＩＶ曲線が目標ＩＶ曲線以下）であり（Ｓ２０４・Ｎｏ）、実測発熱量が目標発熱量以上であるとき（Ｓ２０６・Ｎｏ）、目標ストイキ比を維持する。これにより、カソードに供給される空気（酸素）の流量は維持され、減少しない。したがって、カソード流路１３に滞留・付着する水分が増加することはなく、水分量に起因する燃料電池スタック１０の安定性が悪化することはない。 When the measured stack current matches the target stack current, the measured stack voltage is equal to or lower than the target stack voltage (the measured IV curve is equal to or lower than the target IV curve) (No in S204), and the measured heat generation amount is equal to or higher than the target heat generation amount. When there is (S206 No), the target stoichiometric ratio is maintained. As a result, the flow rate of air (oxygen) supplied to the cathode is maintained and does not decrease. Therefore, the water staying and adhering to the cathode channel 13 does not increase, and the stability of the fuel cell stack 10 due to the amount of water does not deteriorate.

最低セル電圧が所定値よりも高い場合において（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、実測スタック電流が目標スタック電流に一致し、実測スタック電圧が目標スタック電圧に一致していたとしても（Ｓ２０４・Ｎｏ）、実測発熱量が目標発熱量よりも小さいとき（Ｓ２０６・Ｙｅｓ）、目標ストイキ比を小さくするので（Ｓ２０５）、燃料電池スタック１０における発熱量が増加し、燃料電池スタック１０を良好に暖機できる（図１０、矢印Ａ８参照）。 When the minimum cell voltage is higher than the predetermined value (S201 / Yes), even if the measured stack current matches the target stack current and the measured stack voltage matches the target stack voltage (S204 / No), the measured heat generation When the amount is smaller than the target calorific value (S206 / Yes), the target stoichiometric ratio is reduced (S205), so the calorific value in the fuel cell stack 10 increases and the fuel cell stack 10 can be warmed up satisfactorily (FIG. 10). , See arrow A8).

この場合において、実測発熱量と目標発熱量との差が大きくなるにつれて、目標ストイキ比を小さくすることが好ましい。このようにすれば、燃料電池スタック１０の不足発熱量に対応して、発熱量を大きくできる。 In this case, it is preferable to reduce the target stoichiometric ratio as the difference between the actually measured heat generation amount and the target heat generation amount increases. In this way, the calorific value can be increased corresponding to the insufficient calorific value of the fuel cell stack 10.

目標暖機完了時刻までの残り時間が短くなるにつれて、目標発熱量を大きくするので（図４参照）、目標暖機完了時刻までに燃料電池スタック１０の暖機を完了できる。 As the remaining time until the target warm-up completion time becomes shorter, the target heat generation amount is increased (see FIG. 4), so that the warm-up of the fuel cell stack 10 can be completed by the target warm-up completion time.

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。 ≪Modification≫
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, you may change as follows.

前記した実施形態では、図３のステップＳ２０１において、最低セル電圧に基づいて判定する構成を例示したが、その他に例えば、平均セル電圧や、平均セル電圧と最低セル電圧との電圧差（平均セル電圧−最低セル電圧）に基づいて判定する構成としてもよい。 In the above-described embodiment, the configuration in which the determination is made based on the minimum cell voltage in step S201 in FIG. 3 is exemplified. However, for example, the average cell voltage or the voltage difference between the average cell voltage and the minimum cell voltage (average cell) It is good also as a structure determined based on (voltage-minimum cell voltage).

前記した実施形態では、ステップＳ２０４・Ｎｏの後、ステップＳ２０６の判定処理を実行する構成を例示したが、その他に例えば、ステップＳ２０６を省略する構成としてもよい。また、ステップＳ２０４を省略し、ステップＳ２０２、Ｓ２０３の後、ステップＳ２０６を実行する構成としてよい。また、ステップＳ２０２、Ｓ２０３の後、ステップＳ２０６を実行し、ステップＳ２０６・Ｎｏの後、ステップＳ２０４を実行する構成としてもよい。 In the above-described embodiment, the configuration in which the determination process in step S206 is executed after step S204 · No is exemplified. However, for example, step S206 may be omitted. Further, step S204 may be omitted, and step S206 may be executed after steps S202 and S203. Moreover, it is good also as a structure which performs step S206 after step S202, S203, and performs step S204 after step S206 * No.

前記した実施形態では、本発明を、複数の単セル１１が直列に接続されてなる燃料電池スタック１０に適用した構成を例示したが、１つの単セル１１に適用してもよい。 In the above-described embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the fuel cell stack 10 in which a plurality of single cells 11 are connected in series is exemplified, but the present invention may be applied to one single cell 11.

前記した実施形態では、燃料電池車に搭載された燃料電池システム１を例示したが、適用箇所はこれに限定されず、例えば、定置型の燃料電池システムでもよい。 In the above-described embodiment, the fuel cell system 1 mounted on the fuel cell vehicle is illustrated, but the application location is not limited thereto, and for example, a stationary fuel cell system may be used.

１燃料電池システム
１０燃料電池スタック（燃料電池）
１１単セル（燃料電池）
１２アノード流路
１３カソード流路
３１コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段、ストイキ比制御手段）
３２背圧弁（ストイキ比制御手段）
４４、４５温度センサ（温度検出手段）
７０ＥＣＵ（ストイキ比制御手段、暖機促進判定手段、目標発熱量算出手段、目標ＩＶ曲線算出手段、実際ＩＶ曲線算出手段、実際発熱量算出手段）
）
1 Fuel Cell System 10 Fuel Cell Stack (Fuel Cell)
11 Single cell (fuel cell)
12 Anode channel 13 Cathode channel 31 Compressor (oxidant gas supply means, stoichiometric ratio control means)
32 Back pressure valve (Stoichi ratio control means)
44, 45 Temperature sensor (temperature detection means)
70 ECU (stoichiometric ratio control means, warm-up acceleration determination means, target heat generation amount calculation means, target IV curve calculation means, actual IV curve calculation means, actual heat generation amount calculation means)
)

Claims

A fuel cell having a cathode and generating electricity by supplying an oxidant gas to the cathode;
Stoichiometric ratio control means for controlling the stoichiometric ratio by controlling the amount of oxidant gas supplied to the cathode;
A warm-up promotion determining means for determining whether warm-up of the fuel cell is promoted;
With
A fuel cell system that starts in a warm-up promotion start mode that promotes warm-up of the fuel cell when a predetermined condition is satisfied at the time of system startup,
During the warm-up promotion start mode,
The fuel cell system, wherein when the warm-up promotion determining means determines that the warm-up of the fuel cell is not promoted, the stoichiometric ratio control means decreases the stoichiometric ratio.

Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Target heat value calculating means for calculating a target heat value to be generated in the fuel cell based on the temperature of the fuel cell in order to warm up the fuel cell;
Target IV curve calculating means for calculating a target IV curve of the fuel cell based on the target heat value calculated by the target heat value calculating means;
An actual IV curve calculating means for calculating an actual IV curve of the fuel cell;
With
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the actual IV curve is higher than the target IV curve, the warm-up promotion determination unit determines that the warm-up of the fuel cell is not accelerated.

When the actual IV curve is higher than the target IV curve and the warm-up promotion determination means determines that the warm-up of the fuel cell is not accelerated,
The fuel cell system according to claim 2, wherein the stoichiometric ratio control means decreases the stoichiometric ratio as the difference between the actual IV curve and the target IV curve increases.

The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein the stoichiometric ratio control means maintains the stoichiometric ratio when the actual IV curve is equal to or less than the target IV curve.

Target heat value calculating means for calculating a target heat value to be generated in the fuel cell based on the temperature of the fuel cell in order to warm up the fuel cell;
Actual calorific value calculation means for calculating the actual calorific value of the fuel cell;
With
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the warm-up promotion determination unit determines that the warm-up of the fuel cell is not accelerated when the actual heat generation amount is smaller than the target heat generation amount.

When the actual heat generation amount is smaller than the target heat generation amount, and the warm-up promotion determination means determines that the warm-up of the fuel cell is not promoted,
The fuel cell system according to claim 5, wherein the stoichiometric ratio control means decreases the stoichiometric ratio as the difference between the actual calorific value and the target calorific value increases.

Remaining time calculation means for calculating the remaining time until the target warm-up completion time for completing the warm-up of the fuel cell,
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 6, wherein the target heat generation amount calculation unit increases the target heat generation amount as the remaining time becomes shorter.