JP2014127368A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system suppressing an increase of hydrogen concentration of gas exhausted from the fuel cell system.SOLUTION: A fuel cell system includes: two anode off-gas exhaust passages 47, 48 for exhausting anode off-gas to the outside; and a first purge valve 49 and a second purge valve 50 provided in the anode off-gas exhaust passages 47, 48, respectively. When a cathode gas flow rate required at the case where the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are simultaneously opened is greater than a cathode gas flow rate limit value and the cathode gas flow rate is limited, at least one of a valve opening time of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is limited.

Description

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

燃料電池で発電を行うと、燃料電池のアノード内に不純物が発生する。そこで、水素濃度を維持するためにアノード内の不純物を水素と共にパージすることでその濃度を維持している。   When power is generated by the fuel cell, impurities are generated in the anode of the fuel cell. Therefore, in order to maintain the hydrogen concentration, the concentration is maintained by purging impurities in the anode together with hydrogen.

一方で不純物をパージする場合は、排出されるガスの水素濃度が十分に低くなるようにカソードガスで希釈することが知られている。   On the other hand, when purging impurities, it is known to dilute with cathode gas so that the hydrogen concentration of the exhausted gas is sufficiently low.

特許文献1の燃料電池システムでは不純物を排出するためのパージ弁を2つ備え、所定の周期で両弁の開閉を繰り返している。一方の弁は開弁周期の開始から開弁し、他方のパージ弁は開弁周期の終わりを合わせるように開弁する。なお、2つのパージ弁の開弁時間は、アノード内の不純物(窒素と水)の量に比例して長くなる。   The fuel cell system of Patent Document 1 includes two purge valves for discharging impurities, and both valves are repeatedly opened and closed at a predetermined cycle. One valve opens from the start of the valve opening cycle, and the other purge valve opens to coincide with the end of the valve opening cycle. The opening time of the two purge valves becomes longer in proportion to the amount of impurities (nitrogen and water) in the anode.

PCT/JP2011/006647PCT / JP2011 / 006647

上記のパージ方法では、両弁の開閉周期を定めているために2つのパージ弁の開弁時間が長くなると、両弁が同時に開くようになり、このときは、片弁ずつ開弁した場合に比べて排出される水素の量は略2倍になる。そのため、カソード側は、片弁のみ開弁する時よりも多くのカソードガスを流すことで、水素濃度を所定濃度以下とすることが必要になる。   In the above purging method, since the opening / closing cycle of both valves is determined, if the opening time of the two purge valves becomes longer, both valves will be opened simultaneously. In comparison, the amount of hydrogen discharged is approximately doubled. Therefore, on the cathode side, it is necessary to set the hydrogen concentration below a predetermined concentration by flowing more cathode gas than when only one valve is opened.

この希釈を行うためにコンプレッサによるカソードガスの流量を増量するのだが、燃料電池システムの状態によっては2つのパージ弁を同時に開弁する時に必要なカソードガスの流量をコンプレッサが流せない場合がある。たとえば、WRD(Water Recovery Device)の耐熱保護のために、コンプレッサの流量が制限された場合である。   In order to perform this dilution, the flow rate of the cathode gas by the compressor is increased. However, depending on the state of the fuel cell system, the compressor may not be able to flow the necessary flow rate of the cathode gas when the two purge valves are opened simultaneously. For example, this is a case where the flow rate of the compressor is limited for heat resistance protection of a WRD (Water Recovery Device).

この場合、パージによって不純物と共に排出されるガスの水素濃度を所定濃度以下とすることができない可能性がある。本発明では、このような状況においても、パージによって不純物と共に排出されるガスの水素濃度の増大を抑制できる装置を提供することを目的とする。   In this case, there is a possibility that the hydrogen concentration of the gas discharged together with the impurities by the purge cannot be made lower than the predetermined concentration. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of suppressing an increase in the hydrogen concentration of a gas discharged together with impurities by purging even in such a situation.

本発明のある態様に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックを有する燃料電池システムであって、カソードガス供給通路を介してカソードガスを燃料電池スタックへ供給するためのカソードガス供給機と、カソードガス供給通路、若しくはカソードオフガス排出通路に合流すると共に、燃料電池スタックのアノードオフガスが流れる2つのアノードオフガス排出通路と、一方のアノードオフガス排出通路に設けられ、アノードオフガスを外部に排出する第1のパージ弁と、他方のアノードオフガス排出通路に設けられ、アノードオフガスを外部に排出する第2のパージ弁と、燃料電池システムの状態に基づいて決定される第1のパージ弁の開弁時間に基づいて、第1のパージ弁の開弁と閉弁とを制御する第1パージ弁制御手段と、燃料電池システムの状態に基づいて決定される第2のパージ弁の開弁時間に基づいて、第2のパージ弁の開弁と閉弁とを制御する第2パージ弁制御手段と、両パージ弁が同時に開弁する状況では、同時に開弁しないときに比してカソードガス供給機によるカソードガス流量を増量するカソード流量制御手段と、カソードガス流量がカソードガス流量制限値よりも大きい場合にはカソードガス流量を制限するカソードガス流量制限手段と、を備える。第1パージ弁制御手段及び第2パージ弁制御手段は、カソードガス流量制限手段によってカソードガス流量が制限された場合に、少なくとも第1パージ弁、第2パージ弁のいずれか一方の開弁時間を制限する。   A fuel cell system according to an aspect of the present invention is a fuel cell system having a fuel cell stack, a cathode gas supply device for supplying cathode gas to the fuel cell stack via a cathode gas supply passage, and a cathode gas A first purge that joins the supply passage or the cathode off-gas discharge passage and is provided in two anode off-gas discharge passages through which the anode off-gas of the fuel cell stack flows and one of the anode off-gas discharge passages and discharges the anode off-gas to the outside A valve, a second purge valve that is provided in the other anode offgas discharge passage and discharges the anode offgas to the outside, and a valve opening time of the first purge valve that is determined based on the state of the fuel cell system A first purge valve control means for controlling the opening and closing of the first purge valve; A second purge valve control means for controlling the opening and closing of the second purge valve based on the opening time of the second purge valve determined based on the state of the system; In the situation where the valve is opened, the cathode flow rate control means for increasing the cathode gas flow rate by the cathode gas supply device compared to when the valve is not opened at the same time, and the cathode gas flow rate when the cathode gas flow rate is larger than the cathode gas flow rate limit value. A cathode gas flow rate limiting means for limiting. The first purge valve control means and the second purge valve control means provide at least the opening time of either the first purge valve or the second purge valve when the cathode gas flow rate is restricted by the cathode gas flow rate restriction means. Restrict.

この態様によると、第1パージ弁及び第2パージ弁を同時開弁する場合に、カソードガス流量が制限された場合に、少なくとも第1パージ弁、第2パージ弁のいずれか一方の開弁時間を制限することで、燃料電池スタックのアノードから不純物と共に排出されるガスの水素濃度が増大することを抑制することができる。   According to this aspect, when the first purge valve and the second purge valve are simultaneously opened, when the cathode gas flow rate is limited, at least one of the first purge valve and the second purge valve is opened. By limiting this, it is possible to suppress an increase in the hydrogen concentration of the gas discharged together with impurities from the anode of the fuel cell stack.

本実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of this embodiment. 第1パージ弁及び第2パージ弁の開閉を説明する図である。It is a figure explaining opening and closing of the 1st purge valve and the 2nd purge valve. パージ制御部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a purge control part. 液水排出要求DUTY設定部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a liquid water discharge request DUTY setting unit. 透過ガス排出要求DUTY設定部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a permeated gas discharge request DUTY setting unit. 同時開弁要求判定部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a simultaneous valve opening request determination part. 同時開弁禁止フラグ設定部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a simultaneous valve opening prohibition flag setting unit. パージ弁制限DUTY設定部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a purge valve restriction DUTY setting unit. アノード不純物ガス蓄積量設定部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining an anode impurity gas accumulation amount setting unit. 冷却制御部を説明する制御ブロック図である。It is a control block diagram explaining a cooling control part.

本発明の実施形態の構成を図1を用いて説明する。図1はアノードガス非循環型の燃料電池システム1の概略構成図である。   The configuration of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an anode gas non-circulating fuel cell system 1.

燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、カソードガス給排装置3と、アノードガス給排装置4と、スタック冷却装置6と、コントローラ7と、を備える。   The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2, a cathode gas supply / discharge device 3, an anode gas supply / discharge device 4, a stack cooling device 6, and a controller 7.

燃料電池スタック2は、複数枚の燃料電池を積層したものであり、水素及びカソードガスの供給を受けて発電し、車両の駆動に必要な電力(例えばモータを駆動するために必要な電力)を発電する。   The fuel cell stack 2 is formed by stacking a plurality of fuel cells, and generates electric power by receiving supply of hydrogen and cathode gas to generate electric power necessary for driving the vehicle (for example, electric power necessary for driving a motor). Generate electricity.

カソードガス給排装置3は、カソードガス供給通路31と、フィルタ32と、空気コンプレッサ33と、エアフローセンサ34と、カソードガス排出通路35と、バイパス通路36と、流量制御弁37と、圧力センサ38と、空気圧力制御弁39とを備える。   The cathode gas supply / discharge device 3 includes a cathode gas supply passage 31, a filter 32, an air compressor 33, an air flow sensor 34, a cathode gas discharge passage 35, a bypass passage 36, a flow control valve 37, and a pressure sensor 38. And an air pressure control valve 39.

カソードガス供給通路31は、燃料電池スタック2のカソード側に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路31は、一端がフィルタ32に接続され、他端が燃料電池スタック2のカソードガス入口孔21に接続される。なお、カソードガス供給通路31に、カソードガスを加湿するためのWRDを設けてもよい。   The cathode gas supply passage 31 is a passage through which the cathode gas supplied to the cathode side of the fuel cell stack 2 flows. The cathode gas supply passage 31 has one end connected to the filter 32 and the other end connected to the cathode gas inlet hole 21 of the fuel cell stack 2. The cathode gas supply passage 31 may be provided with a WRD for humidifying the cathode gas.

フィルタ32は、カソードガス供給通路31に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。   The filter 32 removes foreign matters in the cathode gas taken into the cathode gas supply passage 31.

空気コンプレッサ33は、カソードガス供給通路31に設けられる。空気コンプレッサ33は、フィルタ32を介してカソードガスとしての空気(外気)をカソードガス供給通路31に取り込み、燃料電池スタック2に供給する。   The air compressor 33 is provided in the cathode gas supply passage 31. The air compressor 33 takes air (outside air) as cathode gas through the filter 32 into the cathode gas supply passage 31 and supplies it to the fuel cell stack 2.

エアフローセンサ34は、空気コンプレッサ33よりも上流のカソードガス供給通路31に設けられる。エアフローセンサ34は、カソードガス供給通路31を流れるカソードガスの流量を検出する。   The air flow sensor 34 is provided in the cathode gas supply passage 31 upstream of the air compressor 33. The air flow sensor 34 detects the flow rate of the cathode gas flowing through the cathode gas supply passage 31.

カソードガス排出通路35は、燃料電池スタック2から排出されるカソードオフガス、及びバイパス通路36を介してカソードガス供給通路31から供給されるカソードガスが流れる通路である。カソードガス排出通路35は、一端が燃料電池スタック2のカソードガス出口孔22に接続され、他端が開口端となっている。   The cathode gas discharge passage 35 is a passage through which the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 2 and the cathode gas supplied from the cathode gas supply passage 31 via the bypass passage 36 flow. One end of the cathode gas discharge passage 35 is connected to the cathode gas outlet hole 22 of the fuel cell stack 2 and the other end is an open end.

バイパス通路36は、燃料電池スタック2をバイパスしてカソードガス供給通路31とカソードガス排出通路35とを接続する。バイパス通路36は、カソードガス供給通路31から燃料電池スタック2をバイパスしてカソードガスをカソードガス排出通路35に供給可能である。   The bypass passage 36 bypasses the fuel cell stack 2 and connects the cathode gas supply passage 31 and the cathode gas discharge passage 35. The bypass passage 36 can supply the cathode gas to the cathode gas discharge passage 35 by bypassing the fuel cell stack 2 from the cathode gas supply passage 31.

流量制御弁37は、バイパス通路36に設けられる。流量制御弁37は連続的または段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ7によって制御される。流量制御弁37を開くことで、燃料電池スタック2で必要なカソードガスの流量が少ない場合でも、後述するアノードオフガスを希釈するために必要なカソードガスを、バイパス通路36を介してカソードガス排出通路35に供給することができる。   The flow control valve 37 is provided in the bypass passage 36. The flow control valve 37 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 7. Even when the flow rate of the cathode gas required in the fuel cell stack 2 is small by opening the flow rate control valve 37, the cathode gas required for diluting the anode off gas described later is supplied to the cathode gas discharge passage via the bypass passage 36. 35.

圧力センサ38は、バイパス通路36が接続する箇所よりも下流側(燃料電池スタック2側)のカソードガス供給通路31に設けられる。圧力センサ38は、燃料電池スタック2に供給されるカソードガス供給通路31の圧力を検出する。本実施形態では、この圧力センサ38で検出した圧力を、燃料電池スタック2のカソード系全体の圧力として代用する。   The pressure sensor 38 is provided in the cathode gas supply passage 31 on the downstream side (fuel cell stack 2 side) from the location where the bypass passage 36 is connected. The pressure sensor 38 detects the pressure in the cathode gas supply passage 31 supplied to the fuel cell stack 2. In the present embodiment, the pressure detected by the pressure sensor 38 is used as the pressure of the entire cathode system of the fuel cell stack 2.

空気圧力制御弁39は、カソードガス排出通路35の、バイパス通路36の合流部より上流に設けられる。空気圧力制御弁39は連続的または段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ7によって制御され、空気圧力制御弁39の開度を小さくすることで、燃料電池スタック2のカソード圧を上昇させることができる。   The air pressure control valve 39 is provided upstream of the junction portion of the bypass passage 36 in the cathode gas discharge passage 35. The air pressure control valve 39 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise. The opening degree is controlled by the controller 7, and the air pressure control valve 39 is made smaller by reducing the opening degree of the air pressure control valve 39. The cathode pressure of the battery stack 2 can be increased.

アノードガス給排装置4は、高圧タンク41と、アノードガス供給通路42と、調圧弁43と、圧力センサ44と、第1アノードガス排出通路45と、第2アノードガス排出通路46と、第1パージ通路47と、第2パージ通路48と、第1パージ弁49と、第2パージ弁50と、バッファタンク51と、を備える。   The anode gas supply / discharge device 4 includes a high pressure tank 41, an anode gas supply passage 42, a pressure regulating valve 43, a pressure sensor 44, a first anode gas discharge passage 45, a second anode gas discharge passage 46, a first A purge passage 47, a second purge passage 48, a first purge valve 49, a second purge valve 50, and a buffer tank 51 are provided.

高圧タンク41は、燃料電池スタック2に供給する水素を高圧状態に保って貯蔵する。   The high pressure tank 41 stores the hydrogen supplied to the fuel cell stack 2 while maintaining the high pressure state.

アノードガス供給通路42は、高圧タンク41から排出された水素を燃料電池スタック2のアノード側に供給するための通路であって、一端部が高圧タンク41に接続され、他端部が燃料電池スタック2のアノードガス入口孔23に接続される。   The anode gas supply passage 42 is a passage for supplying hydrogen discharged from the high-pressure tank 41 to the anode side of the fuel cell stack 2, one end of which is connected to the high-pressure tank 41 and the other end of the fuel cell stack. 2 anode gas inlet holes 23.

調圧弁43は、アノードガス供給通路42に設けられる。調圧弁43は、高圧タンク41から排出された水素を所望の圧力に調節して燃料電池スタック2に供給する。調圧弁43は、連続的または段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ7によって制御される。   The pressure regulating valve 43 is provided in the anode gas supply passage 42. The pressure regulating valve 43 adjusts the hydrogen discharged from the high-pressure tank 41 to a desired pressure and supplies it to the fuel cell stack 2. The pressure regulating valve 43 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 7.

圧力センサ44は、調圧弁43よりも下流のアノードガス供給通路42に設けられる。圧力センサ44は、調圧弁43よりも下流のアノードガス供給通路42の圧力を検出する。本実施形態では、この圧力センサ44で検出した圧力を、バッファタンク51を含む燃料電池スタック2のアノード系全体の圧力として代用する。   The pressure sensor 44 is provided in the anode gas supply passage 42 downstream of the pressure regulating valve 43. The pressure sensor 44 detects the pressure in the anode gas supply passage 42 downstream from the pressure regulating valve 43. In the present embodiment, the pressure detected by the pressure sensor 44 is used as the pressure of the entire anode system of the fuel cell stack 2 including the buffer tank 51.

第1アノードガス排出通路45は、一端部が燃料電池スタック2の第1アノードガス出口孔24に接続され、他端部がバッファタンク51に接続される。第1アノードガス排出通路45には、燃料電池スタック2の電極反応に使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からアノード側へと透過してきたカソードガス(窒素など)や水蒸気などの不活性ガスとの混合ガス(以下「アノードオフガス」という。)や燃料電池スタック2の電極反応によって発生する生成水(以下、「液水」という。)が排出される。   The first anode gas discharge passage 45 has one end connected to the first anode gas outlet hole 24 of the fuel cell stack 2 and the other end connected to the buffer tank 51. In the first anode gas discharge passage 45, surplus anode gas that has not been used for the electrode reaction of the fuel cell stack 2 and inert gas such as cathode gas (such as nitrogen) or water vapor that has permeated from the cathode side to the anode side. A mixed gas with the gas (hereinafter referred to as “anode off gas”) and generated water (hereinafter referred to as “liquid water”) generated by the electrode reaction of the fuel cell stack 2 are discharged.

第2アノードガス排出通路46は、一端部が燃料電池スタック2の第2アノードガス出口孔25に接続され、他端部がバッファタンク51に接続される。第2アノードガス排出通路46には、アノードオフガスや液水が排出される。   The second anode gas discharge passage 46 has one end connected to the second anode gas outlet hole 25 of the fuel cell stack 2 and the other end connected to the buffer tank 51. Anode off gas and liquid water are discharged into the second anode gas discharge passage 46.

第1パージ通路47は、一端部が第1アノードガス排出通路45に接続され、他端部が空気圧力制御弁39下流のカソードガス排出通路35に接続される。   The first purge passage 47 has one end connected to the first anode gas discharge passage 45 and the other end connected to the cathode gas discharge passage 35 downstream of the air pressure control valve 39.

第2パージ通路48は、一端部が第2アノードガス排出通路46に接続され、他端部が空気圧力制御弁39下流のカソードガス排出通路35に接続される。   The second purge passage 48 has one end connected to the second anode gas discharge passage 46 and the other end connected to the cathode gas discharge passage 35 downstream of the air pressure control valve 39.

第1パージ弁49は、第1パージ通路47に設けられる。第1パージ弁49は、開度を全開または全閉に調節することが可能な電磁弁であり、コントローラ7によって制御される。   The first purge valve 49 is provided in the first purge passage 47. The first purge valve 49 is an electromagnetic valve capable of adjusting the opening degree to be fully open or fully closed, and is controlled by the controller 7.

第2パージ弁50は、第2パージ通路48に設けられる。第2パージ弁50は、開度を全開または全閉に調節することが可能な電磁弁であり、コントローラ7によって制御される。   The second purge valve 50 is provided in the second purge passage 48. The second purge valve 50 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted to fully open or fully closed, and is controlled by the controller 7.

第1パージ弁49及び第2パージ弁50を開閉することで、バッファタンク51からパージ通路47、48を介して外気へ排出されるアノードオフガス、液水の量を調節し、バッファタンク51内の水素濃度を所望の濃度に調整すると同時に、アノード内に液水が蓄積することを防止する。バッファタンク51内の水素濃度が低すぎると、バッファタンク51内の水素を用いて燃料電池スタック2で発電する際に電極反応に使用される水素が不足するので、発電不良が生じると共に、燃料電池が劣化するおそれがある。一方で、バッファタンク51内の水素濃度が高すぎると、パージ通路47、48を介してアノードオフガス中の不活性ガスと共に外気へ排出される水素の量が多くなるので、燃費が悪化する。従って、バッファタンク51内の水素濃度は、発電効率及び燃費を考慮して適切な値に制御される。また、アノード内の液水量が多くなると、アノードにおけるMEAへの水素の供給が阻害されて燃料電池スタック2で発電不良が生じるおそれがある。従って、アノード内の液水を適宜排出する。   By opening and closing the first purge valve 49 and the second purge valve 50, the amount of anode offgas and liquid water discharged from the buffer tank 51 to the outside air via the purge passages 47 and 48 is adjusted, and the inside of the buffer tank 51 At the same time as adjusting the hydrogen concentration to a desired concentration, liquid water is prevented from accumulating in the anode. If the hydrogen concentration in the buffer tank 51 is too low, the hydrogen used for the electrode reaction when generating power in the fuel cell stack 2 using the hydrogen in the buffer tank 51 is insufficient, resulting in power generation failure and the fuel cell. May deteriorate. On the other hand, if the hydrogen concentration in the buffer tank 51 is too high, the amount of hydrogen discharged to the outside air together with the inert gas in the anode off-gas via the purge passages 47 and 48 increases, resulting in a deterioration in fuel consumption. Therefore, the hydrogen concentration in the buffer tank 51 is controlled to an appropriate value in consideration of power generation efficiency and fuel consumption. In addition, when the amount of liquid water in the anode increases, the supply of hydrogen to the MEA at the anode is hindered, and power generation failure may occur in the fuel cell stack 2. Accordingly, the liquid water in the anode is appropriately discharged.

バッファタンク51は、第1アノードガス排出通路45及び第2アノードガス排出通路46を通って流れてきたアノードオフガスを一旦蓄える。バッファタンク51に溜められたアノードオフガスは、第1パージ弁49または第2パージ弁50が開かれたときに、第1パージ通路47または第2パージ通路48を通ってカソードガス排出通路35に排出される。その結果、アノードオフガスとカソードオフガス及びカソードガスとの混合ガス(以下「外気排出ガス」という。)がカソードガス排出通路35の開口端から外気へ排出される。このように、アノードオフガスをカソードオフガス及びカソードガスに混合させた上で外気に排出することで、外気排出ガス中の水素濃度が所定の可燃濃度未満になるようにしている。バッファタンク51のアノードオフガスは、調圧弁43から供給される水素の圧力が小さくなると、燃料電池スタック2に流れ、アノードオフガス中の水素が燃料電池スタック2の電極反応に使用される。なお、以下においては外気排出ガスを形成するカソードオフガス及びカソードガスを単にカソードオフガスとして説明する。   The buffer tank 51 temporarily stores the anode off gas flowing through the first anode gas discharge passage 45 and the second anode gas discharge passage 46. The anode off gas stored in the buffer tank 51 is discharged to the cathode gas discharge passage 35 through the first purge passage 47 or the second purge passage 48 when the first purge valve 49 or the second purge valve 50 is opened. Is done. As a result, a mixed gas of anode off-gas, cathode off-gas and cathode gas (hereinafter referred to as “outside air exhaust gas”) is discharged from the open end of the cathode gas discharge passage 35 to the outside air. In this way, the anode off gas is mixed with the cathode off gas and the cathode gas and then discharged to the outside air, so that the hydrogen concentration in the outside air exhaust gas becomes less than a predetermined combustible concentration. The anode off gas in the buffer tank 51 flows into the fuel cell stack 2 when the pressure of hydrogen supplied from the pressure regulating valve 43 decreases, and the hydrogen in the anode off gas is used for the electrode reaction of the fuel cell stack 2. In the following description, the cathode off gas and the cathode gas forming the outside air exhaust gas are simply referred to as the cathode off gas.

スタック冷却装置6は、燃料電池スタック2を冷却し、燃料電池スタック2を発電に適した温度に保つ装置である。スタック冷却装置6は、冷却水循環通路61と、ラジエータ62と、バイパス通路63と、三方弁64と、循環ポンプ65と、電気ヒータ66と、第1水温センサ69と、第2水温センサ80と、ラジエータファン81と、を備える。   The stack cooling device 6 is a device that cools the fuel cell stack 2 and maintains the fuel cell stack 2 at a temperature suitable for power generation. The stack cooling device 6 includes a cooling water circulation passage 61, a radiator 62, a bypass passage 63, a three-way valve 64, a circulation pump 65, an electric heater 66, a first water temperature sensor 69, a second water temperature sensor 80, And a radiator fan 81.

冷却水循環通路61は、燃料電池スタック2を冷却するための冷却水が循環する通路であって、一端が燃料電池スタック2の冷却水入口孔26に接続され、他端が燃料電池スタック2の冷却水出口孔27に接続される。   The cooling water circulation passage 61 is a passage through which cooling water for cooling the fuel cell stack 2 circulates, and one end is connected to the cooling water inlet hole 26 of the fuel cell stack 2 and the other end is cooling the fuel cell stack 2. Connected to the water outlet hole 27.

ラジエータ62は、冷却水循環通路61に設けられる。ラジエータ62は、燃料電池スタック2から排出され、ラジエータ62の内部を流れる冷却水と、ラジエータファン81などによってラジエータ62の外部を流れる空気と間で熱交換を行い、冷却水を冷却する。   The radiator 62 is provided in the cooling water circulation passage 61. The radiator 62 is discharged from the fuel cell stack 2 and exchanges heat between the cooling water flowing inside the radiator 62 and the air flowing outside the radiator 62 by the radiator fan 81 or the like, thereby cooling the cooling water.

ラジエータファン81は、コントローラ7によって回転速度が制御され、ラジエータ62の外部を流れる空気流量を調整する。   The rotation speed of the radiator fan 81 is controlled by the controller 7 to adjust the flow rate of air flowing outside the radiator 62.

バイパス通路63は、ラジエータ62をバイパスさせて冷却水を循環させることができるように、一端が燃料電池スタック2の冷却水出口孔27とラジエータ62との間の冷却水循環通路61に接続され、他端が三方弁64に接続される。   One end of the bypass passage 63 is connected to the cooling water circulation passage 61 between the cooling water outlet hole 27 of the fuel cell stack 2 and the radiator 62 so that the cooling water can be circulated by bypassing the radiator 62. The end is connected to the three-way valve 64.

三方弁64は、ラジエータ62と燃料電池スタック2の冷却水入口孔26との間の下流側の冷却水循環通路61に設けられる。三方弁64は、冷却水の温度に応じて冷却水の循環経路を切り替える。具体的には、冷却水の温度が相対的に高いときは、燃料電池スタック2から排出された冷却水が、ラジエータ62を介して再び燃料電池スタック2に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。逆に、冷却水の温度が相対的に低いときは、燃料電池スタック2から排出された冷却水が、ラジエータ62を介さずにバイパス通路63を流れて再び燃料電池スタック2に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。   The three-way valve 64 is provided in the cooling water circulation passage 61 on the downstream side between the radiator 62 and the cooling water inlet hole 26 of the fuel cell stack 2. The three-way valve 64 switches the cooling water circulation path according to the temperature of the cooling water. Specifically, when the temperature of the cooling water is relatively high, the cooling water circulation path is such that the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 is supplied again to the fuel cell stack 2 via the radiator 62. Switch. On the other hand, when the temperature of the cooling water is relatively low, the cooling water discharged from the fuel cell stack 2 flows through the bypass passage 63 without passing through the radiator 62 and is supplied to the fuel cell stack 2 again. Switch the cooling water circulation path.

循環ポンプ65は、三方弁64よりも下流側の冷却水循環通路61に設けられて、冷却水を循環させる。   The circulation pump 65 is provided in the cooling water circulation passage 61 on the downstream side of the three-way valve 64 and circulates the cooling water.

電気ヒータ66は、バイパス通路63に設けられる。電気ヒータ66は、燃料電池スタック2の暖機時などに通電されて、冷却水の温度を上昇させる。   The electric heater 66 is provided in the bypass passage 63. The electric heater 66 is energized when the fuel cell stack 2 is warmed up, etc., and raises the temperature of the cooling water.

第1水温センサ69は、燃料電池スタック2の冷却水出口孔27の近傍の冷却水循環通路61に設けられる。第1水温センサ69は、燃料電池スタック2から排出された冷却水の温度を検出する。   The first water temperature sensor 69 is provided in the cooling water circulation passage 61 in the vicinity of the cooling water outlet hole 27 of the fuel cell stack 2. The first water temperature sensor 69 detects the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell stack 2.

第2水温センサ80は、燃料電池スタック2の冷却水入口孔26の近傍の冷却水循環通路61に設けられる。第2水温センサ80は、燃料電池スタック2に供給される冷却水の温度を検出する。   The second water temperature sensor 80 is provided in the cooling water circulation passage 61 in the vicinity of the cooling water inlet hole 26 of the fuel cell stack 2. The second water temperature sensor 80 detects the temperature of the cooling water supplied to the fuel cell stack 2.

コントローラ7は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。   The controller 7 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).

コントローラ7には、前述したエアフローセンサ34や圧力センサ44および38、第1水温センサ69、第2水温センサ80、第3水温センサ71の他にも、燃料電池スタック2の出力電流を検出する電流センサ72や燃料電池スタック2の出力電圧を検出する電圧センサ73、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ74、大気圧を検出する大気圧センサ75などの燃料電池システム1の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。   In addition to the air flow sensor 34, the pressure sensors 44 and 38, the first water temperature sensor 69, the second water temperature sensor 80, and the third water temperature sensor 71, the controller 7 includes a current for detecting the output current of the fuel cell stack 2. The operating state of the fuel cell system 1 such as a voltage sensor 73 for detecting the output voltage of the sensor 72 or the fuel cell stack 2, an accelerator stroke sensor 74 for detecting the depression amount of the accelerator pedal, and an atmospheric pressure sensor 75 for detecting atmospheric pressure is detected. Signals from various sensors are input.

コントローラ7は、これらの入力信号に基づいて図示しない外部負荷などの要求負荷に応じて外部負荷などと燃料電池スタック2との間に設けた図示しないインバータを制御することで燃料電池スタック2の発電電力を制御する。また、コントローラ7は、これらの入力信号に基づいて調圧弁43を周期的に開閉し、アノード圧を周期的に増減圧させる脈動運転を行う。また、コントローラ7は、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を開閉してバッファタンク51から外部へ排出するアノードオフガスの流量を調節し、燃料電池スタック2のアノード内への窒素および液水の蓄積を防止する。   Based on these input signals, the controller 7 controls an inverter (not shown) provided between the external load and the fuel cell stack 2 according to a required load such as an external load (not shown), thereby generating power from the fuel cell stack 2 Control power. Further, the controller 7 performs a pulsation operation that periodically opens and closes the pressure regulating valve 43 based on these input signals to periodically increase and decrease the anode pressure. Further, the controller 7 opens and closes the first purge valve 49 and the second purge valve 50 to adjust the flow rate of the anode off-gas discharged from the buffer tank 51 to the outside, so that the nitrogen and liquid water into the anode of the fuel cell stack 2 are adjusted. Prevent the accumulation of.

第1パージ弁49及び第2パージ弁50の開閉は、図2に示すように所定周期で実行される。第1パージ弁49は開時間が設定されると所定周期の始めから開き始めるように制御され、第2パージ弁50は開時間が設定されると所定周期の終わりに開き終わるように制御される。第1パージ弁49の開時間または第2パージ弁50の開時間が長くなると、第1パージ弁49及び第2パージ弁50が同時に開く同時開弁が生じる。   The opening and closing of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are executed at a predetermined cycle as shown in FIG. The first purge valve 49 is controlled to start to open from the beginning of a predetermined cycle when the opening time is set, and the second purge valve 50 is controlled to finish opening at the end of the predetermined cycle when the opening time is set. . When the opening time of the first purge valve 49 or the opening time of the second purge valve 50 becomes longer, simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 occurs simultaneously.

次に本実施形態における第1パージ弁49及び第2パージ弁50を制御するパージ弁制御部100について図3の制御ブロック図を用いて説明する。以下において説明する制御は、コントローラ7によって実行される。   Next, the purge valve control unit 100 for controlling the first purge valve 49 and the second purge valve 50 in the present embodiment will be described with reference to the control block diagram of FIG. The control described below is executed by the controller 7.

パージ弁制御部100は、液水排出要求DUTY設定部110と、透過ガス排出要求DUTY設定部120と、同時開弁要求判定部130と、同時開弁禁止フラグ設定部140と、パージ弁制限DUTY設定部150と、アノード不純物ガス蓄積量設定部160とから構成される。   The purge valve control unit 100 includes a liquid water discharge request DUTY setting unit 110, a permeate gas discharge request DUTY setting unit 120, a simultaneous valve opening request determination unit 130, a simultaneous valve opening prohibition flag setting unit 140, and a purge valve restriction DUTY. The setting unit 150 includes an anode impurity gas accumulation amount setting unit 160.

液水排出要求DUTY設定部110について図4の制御ブロック図を用いて説明する。   The liquid water discharge request DUTY setting unit 110 will be described with reference to the control block diagram of FIG.

液水排出要求DUTY設定部110は、アノード液水量算出部111と、偏差算出部112と、液水排出量算出部113と、液水排出要求DUTY算出部114とから構成される。   The liquid water discharge request DUTY setting unit 110 includes an anode liquid water amount calculation unit 111, a deviation calculation unit 112, a liquid water discharge amount calculation unit 113, and a liquid water discharge request DUTY calculation unit 114.

アノード液水量算出部111は、予め設定したマップから要求電流とHFR(High Frequency Resistance)とに基づいてアノード液水量を算出する。HFRは、公知の交流インピーダンス法によって算出される。燃料電池スタック2の内部抵抗は、燃料電池スタック2の電解質膜の湿潤状態によって変化することが知られている。そのため、燃料電池スタック2のHFRを検知することで、燃料電池スタック2の電解質膜の湿潤状態を間接的に検知することができる。HFRが大きくなると電解質膜が乾燥していることを意味する。HFRは、例えば本出願人が出願した特開2012−054153号公報に記載された方法などを用いて算出される。アノード液水量は、要求電流が大きくなるほど多くなり、HFRが小さく、電解質膜が湿っているほど多くなる。   The anolyte water amount calculation unit 111 calculates the anolyte water amount from a preset map based on the required current and HFR (High Frequency Resistance). HFR is calculated by a known AC impedance method. It is known that the internal resistance of the fuel cell stack 2 varies depending on the wet state of the electrolyte membrane of the fuel cell stack 2. Therefore, the wet state of the electrolyte membrane of the fuel cell stack 2 can be indirectly detected by detecting the HFR of the fuel cell stack 2. An increase in HFR means that the electrolyte membrane is dry. The HFR is calculated using, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-054153 filed by the present applicant. The amount of anolyte water increases as the required current increases, and increases as the HFR decreases and the electrolyte membrane gets wet.

偏差算出部112は、目標アノード圧と大気圧との偏差を算出する。なお、目標アノード圧は、要求電流などに応じて算出される。   The deviation calculation unit 112 calculates a deviation between the target anode pressure and the atmospheric pressure. The target anode pressure is calculated according to the required current.

液水排出量算出部113は、予め設定したテーブルから偏差算出部112によって算出した偏差に基づいて液水排出可能量を算出する。液水排出可能量は、偏差が大きくなるほど多くなる。   The liquid water discharge amount calculation unit 113 calculates a liquid water dischargeable amount based on the deviation calculated by the deviation calculation unit 112 from a preset table. The amount of liquid water that can be discharged increases as the deviation increases.

液水排出要求DUTY算出部114は、アノード液水量を液水排出量で除算することで液水排出要求DUTYを算出する。   The liquid water discharge request DUTY calculation unit 114 calculates the liquid water discharge request DUTY by dividing the anode liquid water amount by the liquid water discharge amount.

このように、液水排出要求DUTY設定部110は、燃料電池システム1の状態に基づいて液水排出要求DUTYを設定する。   Thus, the liquid water discharge request DUTY setting unit 110 sets the liquid water discharge request DUTY based on the state of the fuel cell system 1.

透過ガス排出要求DUTY設定部120について、図5の制御ブロック図を用いて説明する。   The permeated gas discharge request DUTY setting unit 120 will be described with reference to the control block diagram of FIG.

透過ガス排出要求DUTY設定部120は、カソードガス透過量算出部121と、アノード不純物ガス排出可能量算出部122と、透過ガス排出要求DUTY算出部123と、透過ガス排出要求DUTY補正部124と、第1パージ弁DUTY選択部125とから構成される。   The permeated gas discharge request DUTY setting unit 120 includes a cathode gas permeation amount calculation unit 121, an anode impurity gas dischargeable amount calculation unit 122, a permeate gas discharge request DUTY calculation unit 123, a permeate gas discharge request DUTY correction unit 124, The first purge valve DUTY selection unit 125 is configured.

カソードガス透過量算出部121は、予め設定したマップから、圧力センサ38によって検出したカソード圧と、燃料電池温度とに基づいてカソード側からアノード側へ透過するカソードガス透過量を算出する。燃料電池温度は、第1水温センサ69によって検出した温度と、第2水温センサ80によって検出した温度との平均値である。カソードガス透過量は、カソード圧が高くなるほど多くなり、燃料電池温度が高いほど多くなる。カソードガス透過量は、単位時間あたりにカソード側からアノード側へ透過するカソードガスの透過量である。   The cathode gas permeation amount calculation unit 121 calculates a cathode gas permeation amount permeating from the cathode side to the anode side based on the cathode pressure detected by the pressure sensor 38 and the fuel cell temperature from a preset map. The fuel cell temperature is an average value of the temperature detected by the first water temperature sensor 69 and the temperature detected by the second water temperature sensor 80. The cathode gas permeation amount increases as the cathode pressure increases and increases as the fuel cell temperature increases. The cathode gas permeation amount is the permeation amount of the cathode gas permeating from the cathode side to the anode side per unit time.

アノード不純物ガス排出可能量算出部122は、予め設定したマップから、目標アノード圧と、大気圧センサ75によって検出した大気圧とに基づいてアノード不純物ガス排出可能量を算出する。アノード不純物ガス排出可能量は、目標アノード圧が高いほど多くなり、大気圧が低いほど多くなる。アノード不純物オフガス排出可能量は、単位時間あたりにアノードから排出可能なアノード不純物ガスの排出量である。   The anode impurity gas dischargeable amount calculation unit 122 calculates an anode impurity gas dischargeable amount from a preset map based on the target anode pressure and the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 75. The amount of anode impurity gas that can be discharged increases as the target anode pressure increases and increases as the atmospheric pressure decreases. The anode impurity off-gas dischargeable amount is the discharge amount of anode impurity gas that can be discharged from the anode per unit time.

透過ガス排出要求DUTY算出部123は、カソードガス透過量をアノード不純物ガス排出可能量で除算することで、透過ガス排出要求DUTYを算出する。   The permeate gas discharge request DUTY calculation unit 123 calculates the permeate gas discharge request DUTY by dividing the cathode gas permeation amount by the anode impurity gas dischargeable amount.

透過ガス排出要求DUTY補正部124は、詳しく後述するアノード不純物ガス蓄積量がゼロではない場合には、透過ガス排出要求DUTYに所定のDUTYを加算して透過ガス排出要求補正DUTYを算出する。所定のDUTYは、予め設定されたDUTYであり、たとえば2を設定する。アノードにアノード不純物ガスが蓄積されている場合には、透過ガス排出要求DUTY123によって算出されたDUTYに所定のDUTYを加算し、第1パージ弁49の開弁時間を長くすることで、アノードに蓄積されたアノード不純物ガスを外部に排出する。また、透過ガス排出要求DUTY補正部124は、アノード不純物ガス蓄積量がゼロの場合には、透過ガス排出要求DUTYを透過ガス排出要求補正DUTYとして算出する。なお、所定のDUTYをアノード不純物ガス蓄積量に応じて設定してもよく、この場合には、アノード不純物ガス蓄積量が多くなるほど所定のDUTYは大きくなる。   The permeate gas discharge request DUTY correction unit 124 calculates a permeate gas discharge request correction DUTY by adding a predetermined DUTY to the permeate gas discharge request DUTY when an anode impurity gas accumulation amount described later in detail is not zero. The predetermined DUTY is a preset DUTY, for example, 2 is set. If the anode impurity gas is accumulated in the anode, it accumulates in the anode by adding a predetermined DUTY to the DUTY calculated by the permeate gas discharge request DUTY 123 and extending the opening time of the first purge valve 49. The anode impurity gas is discharged to the outside. The permeate gas discharge request DUTY correction unit 124 calculates the permeate gas discharge request DUTY as the permeate gas discharge request correction DUTY when the anode impurity gas accumulation amount is zero. The predetermined DUTY may be set in accordance with the anode impurity gas accumulation amount. In this case, the predetermined DUTY increases as the anode impurity gas accumulation amount increases.

第1パージ弁DUTY選択部125は、透過ガス排出要求補正DUTYと、液水排出要求DUTYとを比較し、大きい方のDUTYを第1パージ弁DUTYとして選択する。ここで、透過ガス排出要求補正DUTYと液水排出要求DUTYとを比較するのは、例えば車両の傾き具合により液水が第1パージ弁49、第2パージ弁50のどちらから排出されるか不明であるためである。本実施形態では、液水を排出するためのDUTYである液水排出要求DUTYが、アノードへ透過したカソードガスを排出するためのDUTYである透過ガス排出要求補正DUTYよりも大きい場合には、第1パージ弁DUTY選択部125は、液水を確実に排出するために第1パージ弁DUTYとして液水排出要求DUTYを選択する。なお、透過ガス排出要求補正DUTYが液水排出要求DUTYよりも大きい場合には、液水が第1パージ弁49側にある場合でもアノードオフガスを排出するために第1パージ弁49を透過ガス排出要求補正DUTYに基づいて開くと、液水排出量算出部113によって算出された液水排出量の液水はアノードオフガスと共に第1パージ弁49から排出される。   The first purge valve DUTY selection unit 125 compares the permeated gas discharge request correction DUTY with the liquid water discharge request DUTY, and selects the larger DUTY as the first purge valve DUTY. Here, the permeated gas discharge request correction DUTY and the liquid water discharge request DUTY are compared, for example, whether the liquid water is discharged from the first purge valve 49 or the second purge valve 50 depending on the inclination of the vehicle. This is because. In the present embodiment, when the liquid water discharge request DUTY, which is DUTY for discharging liquid water, is larger than the permeated gas discharge request correction DUTY, which is DUTY for discharging the cathode gas that has permeated to the anode, The 1 purge valve DUTY selection unit 125 selects the liquid water discharge request DUTY as the first purge valve DUTY in order to reliably discharge the liquid water. When the permeate gas discharge request correction DUTY is larger than the liquid water discharge request DUTY, the first purge valve 49 is discharged through the permeate gas in order to discharge the anode off-gas even when the liquid water is on the first purge valve 49 side. When opening based on the request correction DUTY, the liquid water discharge amount calculated by the liquid water discharge amount calculation unit 113 is discharged from the first purge valve 49 together with the anode off gas.

このように、透過ガス排出要求DUTY設定部120は、燃料電池システム1の状態に基づいて第1パージ弁DUTYを設定する。   As described above, the permeate gas discharge request DUTY setting unit 120 sets the first purge valve DUTY based on the state of the fuel cell system 1.

同時開弁要求判定部130について図6の制御ブロック図を用いて説明する。   The simultaneous valve opening request determination unit 130 will be described with reference to the control block diagram of FIG.

同時開弁要求判定部130は、合計DUTY算出部131と、同時開弁判定フラグ選択部132とから構成される。   The simultaneous valve opening request determination unit 130 includes a total DUTY calculation unit 131 and a simultaneous valve opening determination flag selection unit 132.

合計DUTY算出部131は、第1パージ弁DUTYと液水排出要求DUTYとを加算して合計DUTYを算出する。本実施形態では、第1パージ弁49と第2パージ弁50との開閉が繰り返される所定周期は、合計DUTYが1である場合に対応している。すなわち、合計DUTYが1の場合には、所定周期の間に第1パージ弁49が閉じると同時に第2パージ弁50が開く。また、合計DUTYが1よりも大きい場合には、第1パージ弁DUTYと液水排出要求DUTYとに基づいて第1パージ弁49及び第2パージ弁50を開閉すると、所定周期の間に第1パージ弁49及び第2パージ弁50が同時に開く同時開弁が生じる。   The total DUTY calculating unit 131 calculates the total DUTY by adding the first purge valve DUTY and the liquid water discharge request DUTY. In the present embodiment, the predetermined cycle in which the opening and closing of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are repeated corresponds to the case where the total DUTY is 1. That is, when the total DUTY is 1, the second purge valve 50 is opened at the same time as the first purge valve 49 is closed during a predetermined period. If the total DUTY is greater than 1, the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are opened and closed based on the first purge valve DUTY and the liquid water discharge request DUTY, and the first DUTY is output during a predetermined period. Simultaneous opening of the purge valve 49 and the second purge valve 50 is generated.

同時開弁判定フラグ選択部132は、合計DUTYが1よりも大きい場合には、第1パージ弁DUTYと液水排出要求DUTYとに基づいて第1パージ弁49及び第2パージ弁50を開閉すると、同時開弁が生じるので、同時開弁判定フラグとして「1」を選択する。一方、同時開弁判定フラグ選択部132は、合計DUTYが1よりも小さい場合には、第1パージ弁DUTYと液水排出要求DUTYとに基づいて第1パージ弁49及び第2パージ弁50を開閉しても、所定周期の間に同時開弁が生じないので、同時開弁判定フラグとして「0」を選択する。   When the total DUTY is greater than 1, the simultaneous valve opening determination flag selection unit 132 opens and closes the first purge valve 49 and the second purge valve 50 based on the first purge valve DUTY and the liquid water discharge request DUTY. Since simultaneous opening occurs, “1” is selected as the simultaneous opening determination flag. On the other hand, when the total DUTY is smaller than 1, the simultaneous valve opening determination flag selection unit 132 sets the first purge valve 49 and the second purge valve 50 based on the first purge valve DUTY and the liquid water discharge request DUTY. Even if the valve is opened and closed, simultaneous valve opening does not occur during a predetermined period, so “0” is selected as the simultaneous valve opening determination flag.

同時開弁禁止フラグ設定部140について図7の制御ブロック図を用いて説明する。   The simultaneous valve opening prohibition flag setting unit 140 will be described with reference to the control block diagram of FIG.

同時開弁禁止フラグ設定部140は、発電要求カソードガス流量算出部141と、希釈カソードガス流量算出部142と、希釈係数選択部143と、最終希釈カソードガス流量算出部144と、要求カソードガス流量選択部145と、カソードガス流量制限部146と、目標カソードガス流量選択部147と、目標空気コンプレッサ流量選択部148と、同時開弁禁止フラグ選択部149とから構成される。   The simultaneous valve opening prohibition flag setting unit 140 includes a power generation request cathode gas flow rate calculation unit 141, a dilution cathode gas flow rate calculation unit 142, a dilution coefficient selection unit 143, a final dilution cathode gas flow rate calculation unit 144, and a required cathode gas flow rate. The selector 145, the cathode gas flow rate restriction unit 146, the target cathode gas flow rate selection unit 147, the target air compressor flow rate selection unit 148, and the simultaneous valve opening prohibition flag selection unit 149 are configured.

発電要求カソードガス流量算出部141は、予め設定したマップから要求電流に基づいて発電要求カソードガス流量を算出する。要求電流が大きくなるほど、発電要求カソードガス流量は増加する。発電要求カソードガス流量は、燃料電池スタック2による電極反応で必要なカソードガス流量である。   The power generation required cathode gas flow rate calculation unit 141 calculates the power generation required cathode gas flow rate based on the required current from a preset map. As the required current increases, the power generation required cathode gas flow rate increases. The power generation required cathode gas flow rate is a cathode gas flow rate required for the electrode reaction by the fuel cell stack 2.

希釈カソードガス流量算出部142は、予め設定したマップから、圧力センサ44によって検出したアノード圧と、大気圧センサ75によって検出した大気圧とに基づいて第1パージ弁49及び第2パージ弁50を開いたときに排出されるアノードオフガスを希釈するために必要な希釈カソードガス流量を算出する。なお、希釈カソードガス流量は、第1パージ弁49及び第2パージ弁50が同時開弁しない場合の希釈カソードガス流量である。希釈カソードガス流量は、アノード圧が高いほど多くなり、大気圧が低いほど多くなる。   The diluted cathode gas flow rate calculation unit 142 sets the first purge valve 49 and the second purge valve 50 based on the anode pressure detected by the pressure sensor 44 and the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 75 from a preset map. The diluted cathode gas flow rate required to dilute the anode off gas discharged when it is opened is calculated. The diluted cathode gas flow rate is a diluted cathode gas flow rate when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are not opened simultaneously. The diluted cathode gas flow rate increases as the anode pressure increases and increases as the atmospheric pressure decreases.

希釈係数選択部143は、同時開弁判定フラグに基づいて希釈係数を選択する。同時開弁判定フラグは、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がある場合に「1」となり、同時開弁する必要がない場合に「0」となる。希釈係数選択部143は、同時開弁判定フラグが「0」の場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がないので希釈係数として「1」を選択し、同時開弁判定フラグが「1」の場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要があるので希釈係数として「2」を選択する。   The dilution factor selection unit 143 selects a dilution factor based on the simultaneous valve opening determination flag. The simultaneous valve opening determination flag becomes “1” when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 need to be simultaneously opened, and becomes “0” when it is not necessary to simultaneously open the valves. When the simultaneous valve opening determination flag is “0”, the dilution coefficient selection unit 143 selects “1” as the dilution coefficient because it is not necessary to open the first purge valve 49 and the second purge valve 50 simultaneously. When the simultaneous valve opening determination flag is “1”, it is necessary to open the first purge valve 49 and the second purge valve 50 simultaneously, so “2” is selected as the dilution coefficient.

最終希釈カソードガス流量算出部144は、希釈カソードガス流量と希釈係数とを乗算して最終希釈カソードガス流量を算出する。同時開弁判定フラグが「1」の場合、つまり第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がある場合には、希釈係数が「2」となっており、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がある場合の最終希釈カソードガス流量は、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がない場合の最終希釈カソードガス流量の2倍の流量となる。   The final diluted cathode gas flow rate calculation unit 144 calculates the final diluted cathode gas flow rate by multiplying the diluted cathode gas flow rate by the dilution coefficient. When the simultaneous valve opening determination flag is “1”, that is, when it is necessary to open the first purge valve 49 and the second purge valve 50 simultaneously, the dilution coefficient is “2” and the first purge is performed. The final diluted cathode gas flow rate when the valve 49 and the second purge valve 50 need to be opened simultaneously is the final diluted cathode gas flow rate when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 do not need to be opened simultaneously. The flow rate is twice the flow rate.

要求カソードガス流量選択部145は、発電要求カソードガス流量と、最終希釈カソードガス流量とを比較して、多い方の流量を要求カソードガス流量として選択する。   The required cathode gas flow rate selection unit 145 compares the power generation required cathode gas flow rate with the final diluted cathode gas flow rate, and selects the larger flow rate as the required cathode gas flow rate.

カソードガス流量制限部146は、予め設定したマップから空気コンプレッサ33の制限状態に基づいてカソードガス制限流量を算出する。空気コンプレッサ33は、例えば、吸気したカソードガスの温度が高い場合には、空気コンプレッサ33自身の耐熱性や、空気コンプレッサ33よりも下流側の部品などの耐熱性のために流量が制限される場合がある。そのため、カソードガス流量制限部146は、空気コンプレッサ33が供給することが可能なカソードガス制限流量を空気コンプレッサ33の制限状態から算出する。空気コンプレッサ33の制限状態とは、例えばカソードガスの温度、空気コンプレッサ33の温度などによって求められ、例えばカソードガスの温度が高いほど大きくなる。空気コンプレッサ33の制限状態が大きくなるとカソードガス制限流量は小さくなる。   The cathode gas flow rate restriction unit 146 calculates the cathode gas restriction flow rate based on the restriction state of the air compressor 33 from a preset map. For example, when the temperature of the intake cathode gas is high, the flow rate of the air compressor 33 is limited due to the heat resistance of the air compressor 33 itself or the heat resistance of components downstream from the air compressor 33. There is. Therefore, the cathode gas flow rate restriction unit 146 calculates the cathode gas restriction flow rate that can be supplied by the air compressor 33 from the restriction state of the air compressor 33. The restricted state of the air compressor 33 is determined by, for example, the temperature of the cathode gas, the temperature of the air compressor 33, and the like. For example, the restriction state increases as the temperature of the cathode gas increases. When the restriction state of the air compressor 33 increases, the cathode gas restriction flow rate decreases.

目標カソードガス流量選択部147は、要求カソードガス流量と、カソードガス制限流量とを比較し、少ない方の流量を目標カソードガス流量として選択する。目標カソードガス流量選択部147は、要求カソードガス流量がカソードガス制限流量よりも多い場合には、カソードガス流量を制限するためにカソードガス制限流量を目標カソードガス流量として選択する。例えば、同時開弁判定フラグが「1」であり、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がある場合であっても、要求カソードガス流量がカソードガス制限流量よりも多い場合には、目標カソードガス流量選択部147は、空気コンプレッサ33の制限状態に合わせてカソードガス流量を制限するためにカソードガス制限流量を目標カソードガス流量として選択する。   The target cathode gas flow rate selection unit 147 compares the required cathode gas flow rate with the cathode gas limit flow rate, and selects the smaller flow rate as the target cathode gas flow rate. When the required cathode gas flow rate is greater than the cathode gas limit flow rate, the target cathode gas flow rate selection unit 147 selects the cathode gas limit flow rate as the target cathode gas flow rate in order to limit the cathode gas flow rate. For example, even when the simultaneous valve opening determination flag is “1” and the first purge valve 49 and the second purge valve 50 need to be simultaneously opened, the required cathode gas flow rate is higher than the cathode gas limit flow rate. When there are many, the target cathode gas flow rate selection unit 147 selects the cathode gas limit flow rate as the target cathode gas flow rate in order to limit the cathode gas flow rate according to the restriction state of the air compressor 33.

目標空気コンプレッサ流量選択部148は、目標カソードガス流量と、希釈カソードガス流量とを比較して、多い方の流量を目標空気コンプレッサ流量として選択する。目標カソードガス流量選択部147によってカソードガス制限流量が目標カソードガス流量として選択された場合でも、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁せずに第1パージ弁49または第2パージ弁50から排出されたアノードオフガス中の水素濃度が所定の可燃濃度未満となるようにカソードオフガスによってアノードオフガスを希釈しなければならない。そのため、目標カソードガス流量が希釈カソードガス流量よりも少ない場合には、目標空気コンプレッサ流量選択部148は、希釈カソードガス流量を目標空気コンプレッサ流量として選択する。なお、目標空気コンプレッサ流量選択部148によって選択された目標空気コンプレッサ流量に基づいて空気コンプレッサ33が制御される。   The target air compressor flow rate selection unit 148 compares the target cathode gas flow rate with the diluted cathode gas flow rate, and selects the larger flow rate as the target air compressor flow rate. Even when the target cathode gas flow rate selection unit 147 selects the cathode gas limit flow rate as the target cathode gas flow rate, the first purge valve 49 or the second purge valve 49 and the second purge valve 50 are not opened simultaneously. The anode off gas must be diluted with the cathode off gas so that the hydrogen concentration in the anode off gas discharged from the purge valve 50 is less than a predetermined combustible concentration. Therefore, when the target cathode gas flow rate is smaller than the diluted cathode gas flow rate, the target air compressor flow rate selection unit 148 selects the diluted cathode gas flow rate as the target air compressor flow rate. The air compressor 33 is controlled based on the target air compressor flow rate selected by the target air compressor flow rate selection unit 148.

同時開弁禁止フラグ選択部149は、目標空気コンプレッサ流量と、最終希釈カソードガス流量とを比較する。目標空気コンプレッサ流量が最終希釈カソードガス流量よりも少ない場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を行うと第1パージ弁49及び第2パージ弁50から排出されるアノードオフガスをカソードオフガスによって十分に希釈することができないおそれがあるので、同時開弁禁止フラグ選択部149は第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止するために同時開弁禁止フラグとして「1」を選択する。一方、目標空気コンプレッサ流量が最終希釈カソードガス流量以上である場合には、カソードオフガスによってアノードオフガスを十分に希釈することができるので、同時開弁禁止フラグ選択部149は同時開弁禁止フラグとして「0」を選択する。なお、同時開弁判定フラグが「0」であり、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がない場合には最終希釈カソードガス流量と希釈カソードガス流量とが等しく、目標空気コンプレッサ流量選択部148において目標空気コンプレッサ流量は希釈カソードガス流量以上の流量となる。そのため、最終希釈カソードガス流量と目標空気コンプレッサ流量とを比較した場合には、目標空気コンプレッサ流量が最終希釈カソードガス流量よりも少なくなることはない。つまり、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がない場合には、同時開弁禁止フラグが「1」になることはない。   The simultaneous valve opening prohibition flag selection unit 149 compares the target air compressor flow rate with the final diluted cathode gas flow rate. When the target air compressor flow rate is smaller than the final diluted cathode gas flow rate, if the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are simultaneously opened, the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are discharged. Since there is a possibility that the anode off gas cannot be sufficiently diluted with the cathode off gas, the simultaneous valve opening prohibition flag selection unit 149 simultaneously opens the first purge valve 49 and the second purge valve 50 in order to prohibit simultaneous opening. “1” is selected as the prohibition flag. On the other hand, when the target air compressor flow rate is equal to or higher than the final diluted cathode gas flow rate, the anode off gas can be sufficiently diluted with the cathode off gas, so the simultaneous valve opening prohibition flag selection unit 149 uses “ Select “0”. When the simultaneous valve opening determination flag is “0” and it is not necessary to open the first purge valve 49 and the second purge valve 50 simultaneously, the final diluted cathode gas flow rate and the diluted cathode gas flow rate are equal, In the target air compressor flow rate selection unit 148, the target air compressor flow rate becomes a flow rate equal to or higher than the diluted cathode gas flow rate. Therefore, when the final diluted cathode gas flow rate and the target air compressor flow rate are compared, the target air compressor flow rate does not become smaller than the final diluted cathode gas flow rate. That is, when it is not necessary to open the first purge valve 49 and the second purge valve 50 simultaneously, the simultaneous valve opening prohibition flag does not become “1”.

パージ弁制限DUTY設定部150について図8の制御ブロック図を用いて説明する。   The purge valve restriction DUTY setting unit 150 will be described with reference to the control block diagram of FIG.

パージ弁制限DUTY設定部150は、同時開弁禁止実行フラグ選択部151と、最終第1パージ弁DUTY設定部152と、最終第2パージ弁DUTY設定部153と、加算部154と、同時開弁実行フラグ選択部155とから構成される。   The purge valve restriction DUTY setting unit 150 includes a simultaneous valve opening prohibition execution flag selecting unit 151, a final first purge valve DUTY setting unit 152, a final second purge valve DUTY setting unit 153, an adding unit 154, and a simultaneous valve opening. And an execution flag selection unit 155.

同時開弁禁止実行フラグ選択部151は、同時開弁判定フラグと、同時開弁禁止フラグとに基づいて同時開弁禁止実行フラグを選択する。同時開弁禁止実行フラグ選択部151は、同時開弁判定フラグが「1」であり、かつ同時開弁禁止フラグが「1」の場合に、同時開弁禁止実行フラグとして「1」を選択し、これ以外の場合には、同時開弁禁止実行フラグとして「0」を選択する。   The simultaneous valve opening prohibition execution flag selection unit 151 selects the simultaneous valve opening prohibition execution flag based on the simultaneous valve opening determination flag and the simultaneous valve opening prohibition flag. The simultaneous valve opening prohibition execution flag selection unit 151 selects “1” as the simultaneous valve opening prohibition execution flag when the simultaneous valve opening determination flag is “1” and the simultaneous valve opening prohibition flag is “1”. In other cases, “0” is selected as the simultaneous valve opening prohibition execution flag.

最終第1パージ弁DUTY設定部152は、同時開弁禁止実行フラグに基づいて最終第1パージ弁DUTYを設定する。最終第1パージ弁DUTY設定部152は、同時開弁禁止実行フラグが「1」の場合には最終第1パージ弁DUTYを0.5に設定する。最終第1パージ弁DUTY設定部152は、同時開弁禁止実行フラグが「0」の場合には第1パージ弁DUTYを最終第1パージ弁DUTYとして設定する。   The final first purge valve DUTY setting unit 152 sets the final first purge valve DUTY based on the simultaneous valve opening prohibition execution flag. The final first purge valve DUTY setting unit 152 sets the final first purge valve DUTY to 0.5 when the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “1”. The final first purge valve DUTY setting unit 152 sets the first purge valve DUTY as the final first purge valve DUTY when the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “0”.

最終第2パージ弁DUTY設定部153は、同時開弁禁止フラグに基づいて最終第2パージ弁DUTYを設定する。最終第2パージ弁DUTY設定部153は、同時開弁禁止実行フラグが「1」の場合には最終第2パージ弁DUTYを0.5に設定する。最終第2パージ弁DUTY設定部153は、同時開弁禁止実行フラグが「0」の場合には液水排出要求DUTYを最終第2パージ弁DUTYとして設定する。   The final second purge valve DUTY setting unit 153 sets the final second purge valve DUTY based on the simultaneous valve opening prohibition flag. The final second purge valve DUTY setting unit 153 sets the final second purge valve DUTY to 0.5 when the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “1”. The final second purge valve DUTY setting unit 153 sets the liquid water discharge request DUTY as the final second purge valve DUTY when the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “0”.

このようにパージ弁制限DUTY設定部150は、同時開弁禁止実行フラグが「1」の場合には、最終第1パージ弁DUTY及び最終第2パージ弁DUTYを0.5とし、第1パージ弁49及び第2パージ弁50が同時開弁することを禁止する。   In this way, when the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “1”, the purge valve restriction DUTY setting unit 150 sets the final first purge valve DUTY and the final second purge valve DUTY to 0.5, and sets the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are prohibited from opening simultaneously.

最終第1パージ弁DUTY設定部152によって算出した最終第1パージ弁DUTY、及び最終第2パージ弁DUTY設定部153によって算出した最終第2パージ弁DUTYに基づいて第1パージ弁49、第2パージ弁50が開閉し、アノードオフガス及び液水をアノードから外部へ排出する。   Based on the final first purge valve DUTY calculated by the final first purge valve DUTY setting unit 152 and the final second purge valve DUTY calculated by the final second purge valve DUTY setting unit 153, the first purge valve 49 and the second purge The valve 50 opens and closes, and the anode off gas and liquid water are discharged from the anode to the outside.

加算部154は、最終第1パージ弁DUTYと最終第2パージ弁DUTYとを加算し、最終合計DUTYを算出する。   The adding unit 154 adds the final first purge valve DUTY and the final second purge valve DUTY to calculate a final total DUTY.

同時開弁実行フラグ選択部155は、最終合計DUTYに基づいて同時開弁実行フラグを選択する。同時開弁実行フラグ選択部155は、最終合計DUTYが1よりも大きい場合には第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁するので、同時開弁実行フラグとして「1」を選択する。また、同時開弁実行フラグ選択部155は、最終合計DUTYが1以下の場合には第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁しないので、同時開弁実行フラグとして「0」を選択する。   The simultaneous valve opening execution flag selection unit 155 selects a simultaneous valve opening execution flag based on the final total DUTY. The simultaneous valve opening execution flag selection unit 155 opens the first purge valve 49 and the second purge valve 50 simultaneously when the final total DUTY is greater than 1, and therefore selects “1” as the simultaneous valve opening execution flag. To do. In addition, the simultaneous valve opening execution flag selection unit 155 does not simultaneously open the first purge valve 49 and the second purge valve 50 when the final total DUTY is 1 or less, and therefore sets “0” as the simultaneous valve opening execution flag. select.

アノード不純物ガス蓄積量設定部160について図9の制御ブロック図を用いて説明する。   The anode impurity gas accumulation amount setting unit 160 will be described with reference to the control block diagram of FIG.

アノード不純物ガス蓄積量設定部160は、合計DUTY算出部161と、超過DUTY算出部162と、不足DUTY設定部163と、アノード不純物ガス排出不足量算出部164と、アノード不純物ガス増加量設定部165と、過剰DUTY算出部166と、アノード不純物ガス過剰排出量算出部167と、アノード不純物ガス余剰排出量設定部168と、アノード不純物ガス増減量算出部169と、アノード不純物ガス蓄積量算出部170とから構成される。   The anode impurity gas accumulation amount setting unit 160 includes a total DUTY calculation unit 161, an excess DUTY calculation unit 162, a deficiency DUTY setting unit 163, an anode impurity gas discharge deficiency calculation unit 164, and an anode impurity gas increase amount setting unit 165. An excess DUTY calculation unit 166, an anode impurity gas excess emission amount calculation unit 167, an anode impurity gas excess emission amount setting unit 168, an anode impurity gas increase / decrease amount calculation unit 169, and an anode impurity gas accumulation amount calculation unit 170, Consists of

合計DUTY算出部161は、第1パージ弁DUTYと液水排出要求DUTYとを加算して合計DUTYを算出する。   The total DUTY calculating unit 161 calculates the total DUTY by adding the first purge valve DUTY and the liquid water discharge request DUTY.

超過DUTY算出部162は、合計DUTY算出部161によって算出した合計DUTYから1を減算してパージ未実行DUTYを算出する。パージ未実行DUTYは、合計DUTYから同時開弁が禁止された際に実現可能な合計DUTYである1を減算した値であり、同時開弁が禁止された際に不足するDUTYである。パージ未実行DUTYは、合計DUTYが1よりも大きい場合、つまり第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がある場合に正の値となり、合計DUTYが1以下の場合、つまり第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する必要がない場合にゼロ、または負の値となる。   The excess DUTY calculation unit 162 calculates a purge-unexecuted DUTY by subtracting 1 from the total DUTY calculated by the total DUTY calculation unit 161. The purge-unexecuted DUTY is a value obtained by subtracting 1 which is a total DUTY that can be realized when simultaneous opening is prohibited from the total DUTY, and is a DUTY that is insufficient when simultaneous opening is prohibited. The purge-unexecuted DUTY is a positive value when the total DUTY is larger than 1, that is, when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 need to be opened simultaneously, and when the total DUTY is 1 or less, That is, when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 do not need to be opened simultaneously, the value becomes zero or a negative value.

不足DUTY設定部163は、超過DUTYが正の値であるかどうか判定し、不足DUTYを設定する。不足DUTY設定部163は、パージ未実行DUTYが正の値である場合には、パージ未実行DUTYを不足DUTYとして設定する。また、不足DUTY設定部163は、パージ未実行DUTYがゼロ以下である場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁しなくてもアノード内のアノードオフガスを十分に排出することができるので、不足DUTYをゼロに設定する。   The deficiency DUTY setting unit 163 determines whether or not the excess DUTY is a positive value, and sets the deficiency DUTY. The insufficient DUTY setting unit 163 sets the unexecuted DUTY as the insufficient DUTY when the unexecuted DUTY is a positive value. The insufficient DUTY setting unit 163 sufficiently discharges the anode off-gas in the anode without simultaneously opening the first purge valve 49 and the second purge valve 50 when the purge not executed DUTY is equal to or less than zero. Set the deficiency DUTY to zero.

アノード不純物ガス排出不足量算出部164は、不足DUTYとアノード不純物ガス排出可能量算出部122によって算出したアノード不純物ガス排出可能量とを乗算し、アノード不純物ガス排出不足量を算出する。アノード不純物ガス排出不足量は、不足DUTYがゼロの場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁しなくてもアノード不純物ガスを十分に排出できるので、ゼロとなる。   The anode impurity gas discharge insufficient amount calculation unit 164 multiplies the shortage DUTY by the anode impurity gas dischargeable amount calculated by the anode impurity gas dischargeable amount calculation unit 122 to calculate the anode impurity gas discharge insufficient amount. When the shortage DUTY is zero, the anode impurity gas discharge shortage amount is zero because the anode impurity gas can be sufficiently discharged without simultaneously opening the first purge valve 49 and the second purge valve 50.

アノード不純物ガス増加量設定部165は、同時開弁禁止実行フラグに応じてアノードにおけるアノード不純物ガス増加量を設定する。同時開弁禁止実行フラグが「0」の場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁は禁止されない。そのため、不足DUTYがゼロではない場合でも、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁することでアノード不純物ガスがアノードから十分に排出されるので、アノードでアノード不純物ガスは増加しない。従って、アノード不純物ガス増加量設定部165は、アノード不純物ガス増加量をゼロとする。一方、同時開弁禁止実行フラグが「1」の場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が禁止される。そのため、不足DUTYがゼロではない場合には、アノード不純物ガスがアノードから十分に排出されず、アノードでアノード不純物ガスが増加する。従って、アノード不純物ガス増加量設定部165は、アノード不純物ガス排出不足量をアノード不純物ガス増加量として設定する。また、アノード不純物ガス排出不足量がゼロの場合には、アノード不純物ガス増加量設定部165はアノード不純物ガス増加量をゼロとする。   The anode impurity gas increase amount setting unit 165 sets the anode impurity gas increase amount at the anode according to the simultaneous valve opening prohibition execution flag. When the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “0”, simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is not prohibited. Therefore, even when the short DUTY is not zero, the anode impurity gas is sufficiently discharged from the anode by simultaneously opening the first purge valve 49 and the second purge valve 50, so that the anode impurity gas does not increase at the anode. . Therefore, the anode impurity gas increase amount setting unit 165 sets the anode impurity gas increase amount to zero. On the other hand, when the simultaneous valve opening prohibition execution flag is “1”, the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited. Therefore, when the shortage DUTY is not zero, the anode impurity gas is not sufficiently discharged from the anode, and the anode impurity gas increases at the anode. Therefore, the anode impurity gas increase amount setting unit 165 sets the anode impurity gas discharge insufficient amount as the anode impurity gas increase amount. When the anode impurity gas discharge shortage amount is zero, the anode impurity gas increase amount setting unit 165 sets the anode impurity gas increase amount to zero.

過剰DUTY算出部166は、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁した場合のDUTYである2から、合計DUTYを減算して過剰DUTYを算出する。   The excess DUTY calculation unit 166 calculates the excess DUTY by subtracting the total DUTY from 2, which is DUTY when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are simultaneously opened.

アノード不純物ガス過剰排出量算出部167は、過剰DUTYとアノード不純物ガス排出可能量とを乗算し、アノード不純物ガス過剰排出量を算出する。アノード不純物ガス過剰排出量は、第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁した場合に、アノードから排出される過剰のアノード不純物ガス量である。   The anode impurity gas excessive discharge amount calculation unit 167 multiplies the excess DUTY and the anode impurity gas dischargeable amount to calculate the anode impurity gas excessive discharge amount. The excessive amount of anode impurity gas discharged is the amount of excess anode impurity gas discharged from the anode when the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are simultaneously opened.

アノード不純物ガス余剰排出量設定部168は、同時開弁実行フラグに応じてアノードにおけるアノード不純物ガス減少量を設定する。同時開弁実行フラグが「0」の場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が行われないので、アノードから余剰のアノード不純物ガスが排出されない。そのため、アノード不純物ガス余剰減少量設定部168は、アノード不純物ガス余剰減少量をゼロとする。一方、同時開弁実行フラグが「1」の場合には、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が行われるので、アノードに蓄積されたアノード不純物ガスが排出される。そのため、アノード不純物ガス余剰排出量設定部168は、アノード不純物ガス排出過剰量をアノード不純物ガス余剰減少量として設定する。   The anode impurity gas surplus discharge amount setting unit 168 sets the anode impurity gas decrease amount at the anode according to the simultaneous valve opening execution flag. When the simultaneous valve opening execution flag is “0”, the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are not simultaneously opened, so that excess anode impurity gas is not discharged from the anode. Therefore, the anode impurity gas surplus reduction amount setting unit 168 sets the anode impurity gas surplus reduction amount to zero. On the other hand, when the simultaneous valve opening execution flag is “1”, since the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are simultaneously opened, the anode impurity gas accumulated in the anode is discharged. Therefore, the anode impurity gas surplus discharge amount setting unit 168 sets the anode impurity gas surplus discharge amount as the anode impurity gas surplus decrease amount.

アノード不純物ガス増減量算出部169は、アノード不純物ガス増加量からアノード不純物ガス余剰減少量を減算し、アノード不純物ガス増減量を算出する。   The anode impurity gas increase / decrease amount calculation unit 169 subtracts the anode impurity gas surplus decrease amount from the anode impurity gas increase amount to calculate the anode impurity gas increase / decrease amount.

アノード不純物ガス蓄積量算出部170は、アノード不純物ガス増減量を現在記憶しているアノード不純物ガス蓄積量に加算し、アノード不純物ガス蓄積量を更新する。更新されたアノード不純物ガス蓄積量は記憶され、次回の演算に使用される。   The anode impurity gas accumulation amount calculation unit 170 adds the anode impurity gas increase / decrease amount to the currently stored anode impurity gas accumulation amount to update the anode impurity gas accumulation amount. The updated amount of accumulated anode impurity gas is stored and used for the next calculation.

以上のように第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止すると、その分だけバッファタンク51内の不活性ガスが増加し、水素濃度が低くなり、発電効率が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止した場合に、バッファタンク51内の不活性ガスの一種である水蒸気の影響を小さくするように、燃料電池スタック2の温度を低くする。これにより、バッファタンク51に含まれる水蒸気を少なくし、また第1パージ弁49、または第2パージ弁50から排出される不純物ガス量を多くすることで、アノードオフガス中の水素濃度を高くし、発電効率の低下を抑止する。   As described above, if the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, the inert gas in the buffer tank 51 is increased by that amount, and the hydrogen concentration is lowered and the power generation efficiency may be reduced. There is. Therefore, in the present embodiment, when simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, the fuel is reduced so as to reduce the influence of water vapor, which is a kind of inert gas in the buffer tank 51. The temperature of the battery stack 2 is lowered. Thereby, by reducing the water vapor contained in the buffer tank 51 and increasing the amount of impurity gas discharged from the first purge valve 49 or the second purge valve 50, the hydrogen concentration in the anode off-gas is increased, Reduces power generation efficiency.

次に燃料電池スタック2を冷却するための冷却制御部180について図10の制御ブロック図を用いて説明する。以下において説明する制御は、コントローラ7によって実行される。   Next, the cooling control unit 180 for cooling the fuel cell stack 2 will be described with reference to the control block diagram of FIG. The control described below is executed by the controller 7.

冷却制御部180は、目標燃料電池温度算出部181と、冷却系回転速度算出部182と、循環ポンプ回転速度算出部183と、目標循環ポンプ回転速度選択部184と、ラジエータファン回転速度算出部185と、目標ラジエータファン回転速度選択部186とから構成される。   The cooling controller 180 includes a target fuel cell temperature calculator 181, a cooling system rotational speed calculator 182, a circulation pump rotational speed calculator 183, a target circulating pump rotational speed selector 184, and a radiator fan rotational speed calculator 185. And a target radiator fan rotation speed selection unit 186.

目標燃料電池温度算出部181は、要求電流と、HFRとに基づいて燃料電池スタック2の目標温度を算出する。目標温度は、要求電流に対して所望するHFRとなる燃料電池スタック2の温度である。   The target fuel cell temperature calculation unit 181 calculates the target temperature of the fuel cell stack 2 based on the required current and the HFR. The target temperature is the temperature of the fuel cell stack 2 that provides the desired HFR for the required current.

冷却系回転速度算出部182は、燃料電池温度と目標温度との偏差に基づいて、PI制御器を解して、燃料電池の水温が高いほど循環ポンプおよびラジエータファンの回転数が上昇するように制御する。燃料電池温度は、上記したように、第1水温センサ69によって検出した冷却水温度と、第2水温センサ80によって検出した冷却水温度との平均値である。   The cooling system rotation speed calculation unit 182 solves the PI controller based on the deviation between the fuel cell temperature and the target temperature so that the rotation speed of the circulation pump and the radiator fan increases as the water temperature of the fuel cell increases. Control. As described above, the fuel cell temperature is an average value of the cooling water temperature detected by the first water temperature sensor 69 and the cooling water temperature detected by the second water temperature sensor 80.

循環ポンプ回転速度算出部183は、アノード不純物ガス蓄積量と、第2水温センサ80によって検出した冷却水温とに基づいて予め設定したマップから第2循環ポンプ回転速度を算出する。第2循環ポンプ回転速度は、アノード不純物ガス蓄積量が大きいほど高くなり、冷却水温が高いほど高くなる。   The circulation pump rotation speed calculation unit 183 calculates the second circulation pump rotation speed from a map set in advance based on the anode impurity gas accumulation amount and the cooling water temperature detected by the second water temperature sensor 80. The rotation speed of the second circulation pump increases as the accumulated amount of anode impurity gas increases, and increases as the cooling water temperature increases.

目標循環ポンプ回転速度選択部184は、第1循環ポンプ回転速度と第2循環ポンプ回転速度とを比較し、高い方の回転速度を目標循環ポンプ回転速度として選択する。   The target circulation pump rotation speed selection unit 184 compares the first circulation pump rotation speed and the second circulation pump rotation speed, and selects the higher rotation speed as the target circulation pump rotation speed.

ラジエータファン回転速度算出部185は、第1パージ弁49及び第2パージ弁50のアノード不純物ガス蓄積量と、第2水温センサ80によって検出した冷却水温とに基づいて予め設定したマップから第2ラジエータファン回転速度を算出する。第2ラジエータファン回転速度は、アノード不純物ガス蓄積量が大きいほど高くなり、冷却水温が高いほど高くなる。   The radiator fan rotation speed calculation unit 185 calculates the second radiator from a map set in advance based on the accumulated amount of anode impurity gas in the first purge valve 49 and the second purge valve 50 and the cooling water temperature detected by the second water temperature sensor 80. Calculate the fan speed. The second radiator fan rotation speed increases as the anode impurity gas accumulation amount increases, and increases as the cooling water temperature increases.

目標ラジエータファン回転速度選択部186は、第1ラジエータファン回転速度と第2ラジエータファン回転速度とを比較し、高い方の回転速度を目標ラジエータファン回転速度として選択する。   The target radiator fan rotation speed selection unit 186 compares the first radiator fan rotation speed and the second radiator fan rotation speed, and selects the higher rotation speed as the target radiator fan rotation speed.

このようにして設定された目標循環ポンプ回転速度、目標ラジエータファン回転速度に基づいて、循環ポンプ65及びラジエータファン81が制御される。第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が禁止された場合でも、循環ポンプ65の回転速度及びラジエータファン81の回転速度を高くすることで、燃料電池スタック2を循環する冷却水の流量を大きくし、燃料電池スタック2を循環する冷却水の温度を低くし、燃料電池スタック2の温度を低くする。これにより、アノードオフガス中に含まれる水蒸気を少なくし、また第1パージ弁49及び第2パージ弁50から排出される不活性ガスを多くすることで、バッファタンク51内の水素濃度を高くし、発電効率の低下を抑止することができる。   The circulation pump 65 and the radiator fan 81 are controlled based on the target circulation pump rotation speed and the target radiator fan rotation speed set in this way. Even when simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, the cooling water circulating through the fuel cell stack 2 is increased by increasing the rotational speed of the circulation pump 65 and the rotational speed of the radiator fan 81. Is increased, the temperature of the cooling water circulating in the fuel cell stack 2 is lowered, and the temperature of the fuel cell stack 2 is lowered. Thereby, the hydrogen concentration in the buffer tank 51 is increased by reducing the water vapor contained in the anode off-gas and increasing the inert gas discharged from the first purge valve 49 and the second purge valve 50, A decrease in power generation efficiency can be suppressed.

本発明の実施形態の効果について説明する。   The effect of the embodiment of the present invention will be described.

第1パージ弁49及び第2パージ弁50を同時開弁する場合に、アノードオフガスに含まれる水素量に対して、空気コンプレッサ33によって供給可能なカソードオフガスの流量が制限されると、アノードオフガスに含まれる水素を十分に希釈することができなくなるおそれがある。   When the first purge valve 49 and the second purge valve 50 are simultaneously opened, if the flow rate of the cathode off gas that can be supplied by the air compressor 33 is limited with respect to the amount of hydrogen contained in the anode off gas, the anode off gas is changed to the anode off gas. There is a possibility that the contained hydrogen cannot be sufficiently diluted.

そこで、本実施形態では、このような場合に、少なくとも第1パージ弁49、第2パージ弁50のいずれか一方の開弁時間を制限することで第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止し、外気に排出されるアノードオフガスの流量を少なくし、外気に排出される外気排出ガスの水素濃度が高くなることを抑制する。   Therefore, in this embodiment, in such a case, the opening time of at least one of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is limited to restrict the first purge valve 49 and the second purge valve 50. Simultaneous valve opening is prohibited, the flow rate of the anode off-gas discharged to the outside air is reduced, and the hydrogen concentration of the outside-air exhaust gas discharged to the outside air is suppressed from increasing.

第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止すると、本来、排出したいアノードオフガスに含まれる不活性ガス、特に窒素を希望通りに排出することが困難となる。   If the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, it becomes difficult to discharge the inert gas contained in the anode off-gas to be discharged, in particular nitrogen, as desired.

そこで、本実施形態では、このような場合に、循環ポンプ65における循環ポンプ回転速度を高くし、ラジエータファン81におけるラジエータファン回転速度を高くすることで、燃料電池スタック2の温度を低くする。アノードオフガスの不活性ガスには水蒸気が含まれているので、燃料電池スタック2の温度を低くすることで飽和水蒸気圧が低くなる。これにより、アノードオフガス中に気体として存在していた水蒸気が少なくなり、アノードオフガスに占める窒素の割合が高くなる。従って、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が禁止された場合でも、燃料電池スタック2の温度を低くしてアノードオフガス中の水蒸気を減らした分、窒素を多く排出することができ、バッファタンク51内の水素濃度を高くすることができ、燃料電池スタック2の発電効率が低下することを抑制することができる。   Therefore, in this embodiment, in such a case, the temperature of the fuel cell stack 2 is lowered by increasing the rotation speed of the circulation pump in the circulation pump 65 and increasing the rotation speed of the radiator fan in the radiator fan 81. Since the inert gas of the anode off gas contains water vapor, the saturated water vapor pressure is lowered by lowering the temperature of the fuel cell stack 2. As a result, the water vapor present as a gas in the anode off-gas decreases, and the proportion of nitrogen in the anode off-gas increases. Therefore, even when the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, a large amount of nitrogen is discharged as much as the water vapor in the anode off-gas is reduced by lowering the temperature of the fuel cell stack 2. Thus, the hydrogen concentration in the buffer tank 51 can be increased, and a reduction in the power generation efficiency of the fuel cell stack 2 can be suppressed.

また、燃料電池スタック2のアノードから水を排出する必要があるが、水が水蒸気として存在している場合には水蒸気を排出するために十分なパージガス流量が必要となる。そこで、本実施形態では、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が禁止されている場合には、燃料電池スタック2の温度を低くし、飽和水蒸気を下げることで、水蒸気を液化し、第1パージ弁49または第2パージ弁50を用いてパージするアノードオフガスの流量が制限された状況でも、アノードオフガス中の窒素ガスをできる限り排出することができる。   Further, water needs to be discharged from the anode of the fuel cell stack 2, but when water is present as water vapor, a sufficient purge gas flow rate is required to discharge water vapor. Therefore, in the present embodiment, when the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, the temperature of the fuel cell stack 2 is lowered and the saturated steam is lowered, thereby reducing the steam. Even in a situation where the flow rate of the anode off gas that is liquefied and purged using the first purge valve 49 or the second purge valve 50 is limited, the nitrogen gas in the anode off gas can be discharged as much as possible.

第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止することで、アノードオフガスに含まれる窒素ガスが蓄積され、アノードオフガス中の窒素ガスの割合が高くなるおそれがある。この状態が長く継続されると、燃料電池スタック2の触媒を劣化させるおそれがある。   By prohibiting the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50, the nitrogen gas contained in the anode off gas is accumulated, and the ratio of the nitrogen gas in the anode off gas may increase. If this state continues for a long time, the catalyst of the fuel cell stack 2 may be deteriorated.

本実施形態では、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を禁止した場合には、同時開弁が禁止されたことでアノードに蓄積されたアノード不純物ガスを積算しておき、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁禁止が解除された後は、積算されたアノード不純物ガス量に基づいて少なくとも第1パージ弁49、第2パージ弁50の開閉を制御するので、アノードに蓄積された水素濃度が低いアノード不純物ガスを排出することができ、燃料電池スタック2の触媒の劣化を抑制することができる。   In this embodiment, when the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, the anode impurity gas accumulated in the anode is accumulated by prohibiting the simultaneous opening, After the prohibition of simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is released, the opening / closing of at least the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is controlled based on the accumulated amount of anode impurity gas. Therefore, anode impurity gas having a low hydrogen concentration accumulated in the anode can be discharged, and deterioration of the catalyst of the fuel cell stack 2 can be suppressed.

燃料電池スタック2のアノード側における不純物である水は燃料電池スタック2の負荷が大きくなると増加する。そのため、増加する水を燃料電池スタック2のアノードから排出することが重要である。   Water that is an impurity on the anode side of the fuel cell stack 2 increases as the load on the fuel cell stack 2 increases. Therefore, it is important to discharge the increasing water from the anode of the fuel cell stack 2.

本実施形態では、燃料電池スタック2の負荷に基づき決定される液水排出要求DUTYに基づいて、第2パージ弁50の開閉を制御することで、燃料電池スタック2で発生する水を排出し、燃料電池スタック2のアノードにおけるフラッディングを抑制することができる。   In the present embodiment, by controlling the opening and closing of the second purge valve 50 based on the liquid water discharge request DUTY determined based on the load of the fuel cell stack 2, water generated in the fuel cell stack 2 is discharged, Flooding at the anode of the fuel cell stack 2 can be suppressed.

燃料電池スタック2の不純物としてカソードからアノードに透過する窒素は燃料電池スタック2のカソード側の圧力が高くなると増加する。   Nitrogen that permeates from the cathode to the anode as an impurity of the fuel cell stack 2 increases as the pressure on the cathode side of the fuel cell stack 2 increases.

本実施形態では、カソードの圧力に基づき決定される透過カス排出要求DUTYに基づいて、第1パージ弁49の開閉を制御することで、アノードオフガスの水素濃度が低くなることを抑制し、燃料電池スタック2の発電効率の低下を抑制することができる。   In the present embodiment, by controlling the opening and closing of the first purge valve 49 based on the permeate waste discharge request DUTY determined based on the cathode pressure, the hydrogen concentration of the anode off-gas is suppressed, and the fuel cell A decrease in power generation efficiency of the stack 2 can be suppressed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.

上記実施形態では、アノード不純物ガス蓄積量がゼロではない場合には、透過ガス排出要求DUTY設定部120の透過ガス排出要求DUTY補正部124において透過ガス排出要求DUTYを補正したが、これに限られることはなく、第1パージ弁49、第2パージ弁50の少なくとも一方の弁のDUTYを増加させる補正を行えばよい。これにより、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁が禁止された場合には、同時開弁の禁止が解除された後に同時開弁を実行し、アノードに蓄積されたアノード不純物ガスを外部へ排出することができる。   In the above embodiment, when the amount of accumulated anode impurity gas is not zero, the permeate gas discharge request DUTY correction unit 124 of the permeate gas discharge request DUTY setting unit 120 corrects the permeate gas discharge request DUTY. In other words, it is only necessary to perform correction to increase the DUTY of at least one of the first purge valve 49 and the second purge valve 50. Thus, when simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is prohibited, the simultaneous opening is performed after the prohibition of the simultaneous opening is canceled, and the anode impurities accumulated in the anode Gas can be discharged to the outside.

上記実施形態では、透過ガス排出要求DUTY算出部123においてカソードガス透過量をアノード不純物ガス排出可能量で除算することで透過ガス排出要求DUTYを算出し、液水排出要求DUTY算出部114においてアノード液水量を液水排出量で除算することで第2パージ弁DUTYを算出したが、除算した各値に基づいて透過ガス排出要求DUTY及び液水排出要求DUTYを算出してもよい。   In the above embodiment, the permeate gas discharge request DUTY calculation unit 123 calculates the permeate gas discharge request DUTY by dividing the cathode gas permeation amount by the anode impurity gas dischargeable amount, and the liquid water discharge request DUTY calculation unit 114 calculates the anode liquid. Although the second purge valve DUTY is calculated by dividing the water amount by the liquid water discharge amount, the permeate gas discharge request DUTY and the liquid water discharge request DUTY may be calculated based on the divided values.

上記実施形態では、第1パージ弁49及び第2パージ弁50の同時開弁を制限する場合に、最終第1パージ弁DUTY及び最終第2パージ弁DUTYを制限したが、いずれか一方のDUTYを制限してもよい。   In the above embodiment, when the simultaneous opening of the first purge valve 49 and the second purge valve 50 is restricted, the final first purge valve DUTY and the final second purge valve DUTY are restricted. You may restrict.

上記実施形態では、第1パージ通路47、第2パージ通路48はカソードガス排出通路35に合流しているが、流量制御弁37よりも下流側のバイパス通路36に合流してもよい。   In the above embodiment, the first purge passage 47 and the second purge passage 48 join the cathode gas discharge passage 35, but they may join the bypass passage 36 on the downstream side of the flow rate control valve 37.

上記実施形態では、アノード不純物ガス蓄積量に基づいて第2循環ポンプ回転速度及び第2ラジエータファン回転速度を算出したが、いずれか一方のみを算出し、循環ポンプ65またはラジエータファン81のいずれか一方のみの回転速度を増加させることで、燃料電池スタック2の温度を下げてもよい。   In the above embodiment, the second circulation pump rotation speed and the second radiator fan rotation speed are calculated based on the accumulated amount of anode impurity gas, but only one of them is calculated and either the circulation pump 65 or the radiator fan 81 is calculated. The temperature of the fuel cell stack 2 may be lowered by increasing the rotational speed of the fuel cell stack 2 alone.

2 燃料電池スタック
6 スタック冷却装置(冷却手段)
7 コントローラ(第1パージ弁制御手段、第2パージ弁制御手段、カソードガス流量制御手段、カソードガス流量制限手段、制御手段、積算手段)
33 空気コンプレッサ(カソード供給機)
47 第1パージ通路(アノードオフガス排出通路)
48 第2パージ通路(アノードオフガス排出通路)
49 第1パージ弁
50 第2パージ弁
2 Fuel cell stack 6 Stack cooling device (cooling means)
7 Controller (first purge valve control means, second purge valve control means, cathode gas flow rate control means, cathode gas flow rate limiting means, control means, integrating means)
33 Air compressor (cathode feeder)
47 First purge passage (anode off-gas discharge passage)
48 Second purge passage (anode off-gas discharge passage)
49 1st purge valve 50 2nd purge valve

Claims (5)

燃料電池スタックを有する燃料電池システムであって、
カソードガス供給通路を介してカソードガスを燃料電池スタックへ供給するためのカソードガス供給機と、
前記カソードガス供給通路、若しくはカソードオフガス排出通路に合流すると共に、前記燃料電池スタックのアノードオフガスが流れる2つのアノードオフガス排出通路と、
一方の前記アノードオフガス排出通路に設けられ、前記アノードオフガスを外部に排出する第1パージ弁と、
他方の前記アノードオフガス排出通路に設けられ、前記アノードオフガスを外部に排出する第2パージ弁と、
前記燃料電池システムの状態に基づいて決定される前記第1パージ弁の開弁時間に基づいて、前記第1パージ弁の開弁と閉弁とを制御する第1パージ弁制御手段と、
前記燃料電池システムの状態に基づいて決定される前記第2パージ弁の開弁時間に基づいて、前記第2パージ弁の開弁と閉弁とを制御する第2パージ弁制御手段と、
両パージ弁が同時に開弁する状況では、同時に開弁しないときに比してカソードガス供給機によるカソードガス流量を増量するカソードガス流量制御手段と、
前記カソードガス流量がカソードガス流量制限値よりも大きい場合には前記カソードガス流量を制限するカソードガス流量制限手段と、を備え、
前記第1パージ弁制御手段及び前記第2パージ弁制御手段は、前記カソードガス流量制限手段によって前記カソードガス流量が制限された場合に、少なくとも前記第1パージ弁、前記第2パージ弁のいずれか一方の開弁時間を制限することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system having a fuel cell stack,
A cathode gas supply machine for supplying cathode gas to the fuel cell stack via the cathode gas supply passage;
Two anode offgas discharge passages that merge with the cathode gas supply passage or the cathode offgas discharge passage and through which the anode offgas of the fuel cell stack flows;
A first purge valve provided in one of the anode off gas discharge passages and discharging the anode off gas to the outside;
A second purge valve that is provided in the other anode offgas discharge passage and discharges the anode offgas to the outside;
First purge valve control means for controlling the opening and closing of the first purge valve based on the opening time of the first purge valve determined based on the state of the fuel cell system;
Second purge valve control means for controlling the opening and closing of the second purge valve based on the opening time of the second purge valve determined based on the state of the fuel cell system;
In the situation where both purge valves are opened at the same time, a cathode gas flow rate control means for increasing the cathode gas flow rate by the cathode gas supply device as compared to when not opening at the same time;
A cathode gas flow rate limiting means for limiting the cathode gas flow rate when the cathode gas flow rate is larger than a cathode gas flow rate limit value,
The first purge valve control means and the second purge valve control means are at least one of the first purge valve and the second purge valve when the cathode gas flow rate is restricted by the cathode gas flow rate restriction means. A fuel cell system that limits one valve opening time.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックを冷却する冷却手段と、
前記燃料電池スタックの目標温度に基づいて冷却手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記カソードガス流量制御手段によって前記カソードガス流量が制限された場合に、前記燃料電池スタックの温度が下がるように、前記冷却手段の操作量を補正することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
Cooling means for cooling the fuel cell stack;
Control means for controlling the cooling means based on the target temperature of the fuel cell stack,
The control unit corrects the operation amount of the cooling unit so that the temperature of the fuel cell stack is lowered when the cathode gas flow rate is limited by the cathode gas flow rate control unit. system.
請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、
少なくとも前記第1パージ弁、前記第2パージ弁のいずれか一方の開弁時間が制限された場合に、制限無し時に排出すべきアノードオフガス流量に対して、制限することで排出できなかったアノードオフガス流量を積算する積算手段を備え、
前記第1パージ弁制御手段及び前記第2パージ弁制御手段は、前記制限が解除された場合には、前記積算した前記アノードオフガス流量に基づいて少なくとも前記第1パージ弁、前記第2パージ弁のいずれか一方の開弁と閉弁とを制御することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The anode off gas that could not be discharged by limiting the anode off gas flow rate to be discharged when there is no limit when the opening time of at least one of the first purge valve and the second purge valve is limited It has a means for integrating the flow rate,
When the restriction is released, the first purge valve control means and the second purge valve control means are configured to control at least the first purge valve and the second purge valve based on the integrated anode offgas flow rate. A fuel cell system that controls either one of valve opening and valve closing.
請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記第2パージ弁制御手段は、前記燃料電池スタックの負荷に基づき決定される前記第2パージ弁の開弁時間に基づいて前記第2パージ弁の開弁と閉弁とを制御することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The second purge valve control means controls opening and closing of the second purge valve based on a valve opening time of the second purge valve determined based on a load of the fuel cell stack. A fuel cell system.
請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記第1パージ弁制御手段は、前記燃料電池スタックの前記カソードの圧力に基づき決定される前記第1パージ弁の開弁時間に基づいて前記第1パージ弁の開弁と閉弁とを制御することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The first purge valve control means controls opening and closing of the first purge valve based on a valve opening time of the first purge valve determined based on a pressure of the cathode of the fuel cell stack. A fuel cell system.
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