JP2016122624A - Control device for fuel battery system - Google Patents

Control device for fuel battery system Download PDF

Info

Publication number
JP2016122624A
JP2016122624A JP2014263137A JP2014263137A JP2016122624A JP 2016122624 A JP2016122624 A JP 2016122624A JP 2014263137 A JP2014263137 A JP 2014263137A JP 2014263137 A JP2014263137 A JP 2014263137A JP 2016122624 A JP2016122624 A JP 2016122624A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel gas
pressure
voltage
hydrogen
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014263137A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
敦雄 飯尾
Atsuo Iio
敦雄 飯尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2014263137A priority Critical patent/JP2016122624A/en
Publication of JP2016122624A publication Critical patent/JP2016122624A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for a fuel battery system that can suppress occurrence of fuel shortage during stop period and high voltage degradation of a unit cell.SOLUTION: A control device 200 of a fuel battery system 100 executes voltage reducing control of supplying fuel gas so that anode pressure is equal to predetermined pressure when the stack voltage during a stop period is not less than a predetermined voltage, calculates a fuel gas residual amount based on at least the pressure of a fuel gas source 22, estimates a fuel gas supply amount required to increase the anode pressure till the predetermined pressure, calculates an executable frequency of the voltage reducing control based on the fuel gas residual amount and the fuel gas supply amount, and notifies the supplement timing of the fuel gas based on the executable frequency and a time when the stack voltage can be kept to be less than the predetermined voltage after the voltage reducing control is executed. The control device 200 estimates the fuel gas supply amount based on the atmosphere pressure, or corrects a reference fuel gas supply amount required to increase the anode pressure from a reference pressure to a predetermined pressure based on the atmospheric pressure and estimates the fuel gas supply amount.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は燃料電池システムの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a fuel cell system.

従来の燃料電池システムの制御装置として、燃料電池システムの停止期間中に燃料電池スタック内に空気が流入してくると、停止期間中にもかかわらず燃料電池スタックの電圧が高くなり、結果として燃料電池単セルの電極中の触媒が劣化する高電圧劣化が生じて発電性能が低下することから、停止期間中の燃料電池スタックの電圧を監視し、その大きさに応じて適宜燃料ガスを供給して電圧を低下させるように構成されたものがある(特許文献1参照)。   As a control device of a conventional fuel cell system, when air flows into the fuel cell stack during the stop period of the fuel cell system, the voltage of the fuel cell stack increases even during the stop period, and as a result, the fuel Since the power generation performance deteriorates due to high voltage deterioration that causes deterioration of the catalyst in the electrode of the single battery cell, the voltage of the fuel cell stack during the stop period is monitored, and fuel gas is appropriately supplied according to the magnitude. In some cases, the voltage is reduced (see Patent Document 1).

特開2007−265786号公報JP 2007-265786 A

燃料電池システムの停止期間中に燃料電池単セルの高電圧劣化を抑制するために燃料ガスを供給する場合、燃料電池スタック内の燃料ガス通路の圧力が予め定められた所定圧力になるまで燃料ガスを供給することが考えられる。停止期間中における燃料ガス通路の圧力は、停止期間中に低下して通常は大気圧近傍の圧力となっているため、このようにすると燃料ガス通路の圧力が大気圧近傍の圧力から所定圧力になるまで燃料ガスが供給されることになる。   When supplying fuel gas in order to suppress high voltage deterioration of a single cell of the fuel cell during the stop period of the fuel cell system, the fuel gas is maintained until the pressure of the fuel gas passage in the fuel cell stack reaches a predetermined pressure. Can be considered. Since the pressure of the fuel gas passage during the stop period decreases during the stop period and is usually close to atmospheric pressure, this will change the pressure of the fuel gas passage from the pressure near atmospheric pressure to a predetermined pressure. Fuel gas will be supplied until it becomes.

また、燃料電池単セルの高電圧劣化を抑制するために燃料ガスを供給して一旦電圧を低下させても、停止期間中における燃料電池スタック内への空気の流入を止めることはできないので、再度電圧は上昇する。したがって、停止期間中に繰り返し燃料ガスの供給が行われることになる。そのため、燃料電池システムの停止期間中に燃料電池単セルの高電圧劣化を抑制するために燃料ガスを供給する場合は、燃料ガス切れを防止するために、好ましくは燃料電池システムの停止時に、例えば停止時の燃料ガス残量に応じて燃料ガスの補充時期を通知することが考えられる。   In addition, in order to suppress high voltage degradation of a single fuel cell, even if the fuel gas is supplied and the voltage is once reduced, the inflow of air into the fuel cell stack during the stop period cannot be stopped. The voltage rises. Therefore, the fuel gas is repeatedly supplied during the stop period. Therefore, when supplying fuel gas in order to suppress high-voltage degradation of a single fuel cell during the stop period of the fuel cell system, in order to prevent the fuel gas from running out, preferably when the fuel cell system is stopped, for example, It is conceivable to notify the replenishment timing of the fuel gas according to the fuel gas remaining amount at the time of stoppage.

しかしながら、大気圧は燃料電池システムが停止された場所や設置された場所によって変化するため、燃料電池システムが高地などで停止されたときは、燃料電池システムが通常使用されると想定される基準高度(平地)での基準大気圧(標準大気圧)よりも大気圧が低くなる。そのため、燃料電池システムが高地などで停止されたときは、燃料電池システムの停止期間中に供給される燃料ガス供給量が想定よりも多くなってしまう。その結果、燃料電池システムの停止期間中に燃料ガス残量が想定よりも早く低下してしまい、通知した燃料ガスの補充時期よりも早く燃料ガス切れを起こし、燃料電池単セルの高電圧劣化が生じるおそれがある。   However, since the atmospheric pressure changes depending on where the fuel cell system is stopped or installed, when the fuel cell system is stopped at a high altitude, etc., the reference altitude at which the fuel cell system is normally used is assumed. The atmospheric pressure is lower than the reference atmospheric pressure (standard atmospheric pressure) on the flat ground. Therefore, when the fuel cell system is stopped at a high altitude or the like, the amount of fuel gas supplied during the stop period of the fuel cell system becomes larger than expected. As a result, the remaining amount of fuel gas is reduced earlier than expected during the stop period of the fuel cell system, causing the fuel gas to run out earlier than the notified fuel gas replenishment time, and high voltage degradation of the fuel cell single cell is caused. May occur.

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃料電池システムの停止期間中に供給される燃料ガス供給量を正確に推定することで適切な燃料ガスの補充時期を通知し、停止期間中における燃料切れの発生及び燃料電池単セルの高電圧劣化を抑制することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such problems, and notifies the appropriate fuel gas replenishment timing by accurately estimating the amount of fuel gas supplied during the stop period of the fuel cell system. An object of the present invention is to suppress the occurrence of fuel shortage during a stop period and the high voltage deterioration of a single fuel cell.

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、燃料ガスを貯蔵するための燃料ガス源を含み、燃料電池スタックに対して燃料ガスの給排を行うための燃料ガス給排装置と、燃料電池スタックの電圧であるスタック電圧を検出するスタック電圧センサと、燃料電池スタック内の燃料ガス通路の圧力であるアノード圧力を検出するアノード圧力センサと、燃料ガス源の圧力を検出する燃料ガス源圧力センサと、大気圧を検出する大気圧センサと、を備える燃料電池システムを制御する制御装置が、燃料電池システムの停止期間中に検出したスタック電圧が所定電圧以上であれば、アノード圧力が所定圧力となるように停止期間中に燃料電池スタックに燃料ガスを供給してスタック電圧を低下させる電圧低下制御を実施する電圧低下制御実施部と、少なくとも燃料ガス源の圧力に基づいて燃料ガス残量を算出する燃料ガス残量算出部と、停止期間中に電圧低下制御を実施した場合にアノード圧力を所定圧力まで昇圧させるために必要な燃料ガス供給量を推定する燃料ガス供給量推定部と、燃料ガス残量と燃料ガス供給量とに基づいて電圧低下制御の実施可能回数を算出する実施可能回数算出部と、実施可能回数と電圧低下制御の実施した後にスタック電圧を所定電圧未満に維持できる時間とに基づいて燃料ガス源に燃料ガスの補充が必要になる時期を通知する通知部と、を備える。そして、燃料ガス供給量推定部は、大気圧センサで検出した大気圧に基づいて燃料ガス供給量を推定するか、又は、停止期間中に電圧低下制御を実施した場合にアノード圧力を予め設定された基準圧力から所定圧力まで昇圧させるために必要な基準燃料ガス供給量を大気圧センサで検出した大気圧に基づいて補正して燃料ガス供給量を推定する。   In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a fuel cell stack that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a fuel gas source for storing the fuel gas are included. A fuel gas supply / discharge device for supplying and discharging fuel gas to / from the fuel cell stack, a stack voltage sensor for detecting a stack voltage that is a voltage of the fuel cell stack, and a pressure of the fuel gas passage in the fuel cell stack A control device for controlling a fuel cell system, comprising: an anode pressure sensor that detects an anode pressure, a fuel gas source pressure sensor that detects a pressure of a fuel gas source, and an atmospheric pressure sensor that detects an atmospheric pressure; If the stack voltage detected during the battery system outage is equal to or higher than the predetermined voltage, the fuel cell stack is burned during the outage so that the anode pressure becomes the predetermined pressure. A voltage reduction control execution unit that performs voltage reduction control for reducing gas stack by supplying gas, a fuel gas remaining amount calculation unit that calculates a remaining amount of fuel gas based on at least the pressure of the fuel gas source, and during a stop period When the voltage drop control is performed, the fuel gas supply amount estimation unit for estimating the fuel gas supply amount necessary for increasing the anode pressure to a predetermined pressure, and the voltage based on the remaining fuel gas amount and the fuel gas supply amount The fuel gas source is replenished with the fuel gas based on the feasible frequency calculation unit that calculates the feasible frequency of the decrease control, and the time that the stack voltage can be maintained below the predetermined voltage after the voltage lowering control is performed. A notification unit for notifying when it is necessary. The fuel gas supply amount estimation unit estimates the fuel gas supply amount based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor, or the anode pressure is preset when the voltage drop control is performed during the stop period. The fuel gas supply amount is estimated by correcting the reference fuel gas supply amount necessary for increasing the pressure from the reference pressure to a predetermined pressure based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor.

本発明によれば、システム停止期間中の電圧低下制御時に燃料電池スタックに供給される燃料ガス供給量を、燃料電池システムが停止された場所の大気圧に応じて正確に推定することができる。これにより、適切な燃料ガス補充時期を燃料電池システムの使用者に通知して燃料ガスの補充を促すことができるので、システム停止期間中における燃料切れの発生及び燃料電池単セルの高電圧劣化を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately estimate the fuel gas supply amount supplied to the fuel cell stack during the voltage drop control during the system stop period according to the atmospheric pressure at the place where the fuel cell system is stopped. As a result, it is possible to notify the user of the fuel cell system of an appropriate fuel gas replenishment time and prompt the fuel gas to be replenished. Can be suppressed.

図1は、本発明の一実施形態による燃料電池システム及び燃料電池システムを制御する電子制御ユニットの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system and an electronic control unit that controls the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図2は、システム停止期間中に実施される電圧低下制御について説明するタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart for explaining the voltage drop control performed during the system stop period. 図3は、本発明の一実施形態によるシステム停止制御について説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating system stop control according to an embodiment of the present invention. 図4は、大気圧に基づいて予想水素供給量を算出するテーブルである。FIG. 4 is a table for calculating the expected hydrogen supply amount based on the atmospheric pressure.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図1は、本発明の一実施形態による燃料電池システム100及び燃料電池システム100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 and an electronic control unit 200 that controls the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention.

燃料電池システム100は、燃料電池スタック10と、燃料電池スタック10に対して燃料ガスの給排を行うための燃料ガス給排装置20と、燃料電池スタック10に対して酸化剤ガスの給排を行うための酸化剤ガス給排装置30と、燃料電池スタック10を冷却する冷却水を循環させるための冷却水循環装置40と、燃料電池スタック10の出力端子に電気的に接続される電気負荷部50と、を備える。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10, a fuel gas supply / discharge device 20 for supplying / discharging fuel gas to / from the fuel cell stack 10, and supplying / discharging oxidant gas to / from the fuel cell stack 10. An oxidant gas supply / discharge device 30 for carrying out, a cooling water circulation device 40 for circulating cooling water for cooling the fuel cell stack 10, and an electric load unit 50 electrically connected to an output terminal of the fuel cell stack 10 And comprising.

燃料電池スタック10は、複数の燃料電池単セル(以下「単セル」という。)1を積層方向に沿って互いに積層し、各単セル1を電気的に直列に接続したものである。各単セル1は、膜電極接合体1aを備える。膜電極接合体1aは、膜状の電解質(以下「電解質膜」という。)と、電解質膜の一側に形成されたアノード極と、電解質膜の他側に形成されたカソード極と、を備える。   The fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of fuel cell single cells (hereinafter referred to as “single cells”) 1 along the stacking direction and electrically connecting the single cells 1 in series. Each single cell 1 includes a membrane electrode assembly 1a. The membrane electrode assembly 1a includes a membrane electrolyte (hereinafter referred to as “electrolyte membrane”), an anode electrode formed on one side of the electrolyte membrane, and a cathode electrode formed on the other side of the electrolyte membrane. .

燃料電池スタック10で発電が行われているときは、アノード極及びカソード極の各電極で以下の電気化学反応が起こる。
アノード極 : 2H→4H+4e
カソード極 : 4H+4e+O →2H
When power generation is performed in the fuel cell stack 10, the following electrochemical reactions occur at the anode and cathode electrodes.
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e
Cathode electrode: 4H + + 4e + O 2 → 2H 2 O

各単セル1内には、アノード極に燃料ガスとしての水素を供給するための水素流通路2aと、カソード極に酸化剤ガスとしての空気を供給するための空気流通路3aと、が形成される。また、隣接する2つの単セル1同士間に、冷却水を供給するための冷却水流通路4aが形成される。   In each single cell 1, a hydrogen flow passage 2a for supplying hydrogen as fuel gas to the anode electrode and an air flow passage 3a for supplying air as oxidant gas to the cathode electrode are formed. The Further, a cooling water flow passage 4a for supplying cooling water is formed between two adjacent single cells 1.

各単セル1の水素流通路2a、空気流通路3a及び冷却水流通路4aは、それぞれ燃料電池スタック10内で並列に接続されており、これにより、燃料電池スタック10内に水素通路2、空気通路3及び冷却水通路4が形成される。水素通路2、空気通路3及び冷却水通路4の入口及び出口は、それぞれ燃料電池スタック10の積層方向一端側に設けられる。本実施形態では、燃料電池スタック10内で水素及び空気の流れる向きが逆向きとなるように、水素通路2及び空気通路3にそれぞれ水素及び空気を供給しているが、同じ向きとなるように水素及び空気を供給しても良い。また、本実施形態では、冷却水の流れる向きを水素の流れる向きと同じ向きとしているが、逆向きとしても良い。   The hydrogen flow passage 2a, the air flow passage 3a, and the cooling water flow passage 4a of each unit cell 1 are connected in parallel in the fuel cell stack 10, respectively, so that the hydrogen passage 2 and the air passage are provided in the fuel cell stack 10. 3 and the cooling water passage 4 are formed. The inlets and outlets of the hydrogen passage 2, the air passage 3, and the cooling water passage 4 are respectively provided on one end side in the stacking direction of the fuel cell stack 10. In the present embodiment, hydrogen and air are respectively supplied to the hydrogen passage 2 and the air passage 3 so that the flow directions of hydrogen and air in the fuel cell stack 10 are opposite to each other. Hydrogen and air may be supplied. In this embodiment, the direction in which the cooling water flows is the same as the direction in which hydrogen flows, but it may be reversed.

燃料ガス給排装置20は、水素供給管21と、水素源としての高圧水素タンク22と、水素供給制御弁23と、バッファ部24と、パージ管25と、パージ制御弁26と、を備える。   The fuel gas supply / discharge device 20 includes a hydrogen supply pipe 21, a high-pressure hydrogen tank 22 as a hydrogen source, a hydrogen supply control valve 23, a buffer unit 24, a purge pipe 25, and a purge control valve 26.

水素供給管21は、水素通路2に供給する水素が流れる配管であって、一端が高圧水素タンク22に連結され、他端が水素通路2の入口に連結される。   The hydrogen supply pipe 21 is a pipe through which hydrogen supplied to the hydrogen passage 2 flows. One end of the hydrogen supply pipe 21 is connected to the high-pressure hydrogen tank 22 and the other end is connected to the inlet of the hydrogen passage 2.

高圧水素タンク22は、水素供給管21を介して水素通路2に供給するための水素を貯蔵する。高圧水素タンク22には、高圧水素タンク22内の圧力を検出するためのタンク圧力センサ218が設けられる。   The high-pressure hydrogen tank 22 stores hydrogen to be supplied to the hydrogen passage 2 through the hydrogen supply pipe 21. The high pressure hydrogen tank 22 is provided with a tank pressure sensor 218 for detecting the pressure in the high pressure hydrogen tank 22.

水素供給制御弁23は、遮断弁231と、レギュレータ232と、インジェクタ233と、を含んで構成される。   The hydrogen supply control valve 23 includes a shutoff valve 231, a regulator 232, and an injector 233.

遮断弁231は、電子制御ユニット200によって開閉される電磁弁であり、水素供給管21に設けられる。遮断弁231が開かれると、高圧水素タンク22から水素供給管21に水素が流出する。遮断弁231が閉じられると、高圧水素タンク22から水素供給管21に水素が流出しなくなる。   The shut-off valve 231 is an electromagnetic valve that is opened and closed by the electronic control unit 200 and is provided in the hydrogen supply pipe 21. When the shut-off valve 231 is opened, hydrogen flows out from the high-pressure hydrogen tank 22 to the hydrogen supply pipe 21. When the shut-off valve 231 is closed, hydrogen does not flow out from the high-pressure hydrogen tank 22 to the hydrogen supply pipe 21.

レギュレータ232は、遮断弁231よりも下流の水素供給管21に設けられる。レギュレータ232は、連続的又は段階的に開度を調整することができる圧力制御弁であり、その開度は電子制御ユニット200によって制御される。レギュレータ232の開度を制御することで、レギュレータ232下流の水素の圧力、すなわちインジェクタ233から噴射される水素の圧力が制御される。   The regulator 232 is provided in the hydrogen supply pipe 21 downstream from the shutoff valve 231. The regulator 232 is a pressure control valve capable of adjusting the opening degree continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the electronic control unit 200. By controlling the opening degree of the regulator 232, the pressure of hydrogen downstream of the regulator 232, that is, the pressure of hydrogen injected from the injector 233 is controlled.

インジェクタ233は、レギュレータ232よりも下流の水素供給管21に設けられる。インジェクタ233は、連続的又は段階的に開度を調整することができるニードル弁であり、その開度は電子制御ユニット200によって制御される。インジェクタ233の開度を制御することで、インジェクタ233から噴射される水素の流量が制御される。   The injector 233 is provided in the hydrogen supply pipe 21 downstream from the regulator 232. The injector 233 is a needle valve that can adjust the opening degree continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the electronic control unit 200. By controlling the opening degree of the injector 233, the flow rate of hydrogen injected from the injector 233 is controlled.

このように、水素供給制御弁23によって、高圧水素タンク22から水素通路2への水素の供給が制御される。すなわち、水素供給制御弁23によって、所望の圧力及び流量に制御された水素が、間欠的に水素通路2に供給される。   Thus, the hydrogen supply control valve 23 controls the supply of hydrogen from the high-pressure hydrogen tank 22 to the hydrogen passage 2. That is, hydrogen controlled to a desired pressure and flow rate by the hydrogen supply control valve 23 is intermittently supplied to the hydrogen passage 2.

インジェクタ233よりも下流の水素供給管21には、アノード圧力センサ211が設けられる。アノード圧力センサ211は、水素通路2内の水素の圧力(以下「アノード圧力」という。)を代表する値として、インジェクタ233よりも下流の水素供給管21内の水素の圧力を検出する。   An anode pressure sensor 211 is provided in the hydrogen supply pipe 21 downstream of the injector 233. The anode pressure sensor 211 detects the pressure of hydrogen in the hydrogen supply pipe 21 downstream of the injector 233 as a value representative of the pressure of hydrogen in the hydrogen passage 2 (hereinafter referred to as “anode pressure”).

バッファ部24は、例えば水素通路2の出口と連通させたタンクであり、水素通路2から流出してきたアノードオフガスを一時的に貯蔵する。アノードオフガスは、各単セル1内で電気化学反応に使用されなかった余剰の水素と、空気通路3から膜電極接合体1aを介して水素通路2にリークしてきた窒素等の不活性ガスや水蒸気と、の混合ガスである。バッファ部24は、アノードオフガスを一時的に貯蔵する機能を有していればよく、例えば水素通路2の下流側(出口近傍)にアノードオフガスを一時的に貯蔵できる程度の空間を形成し、その空間をバッファ部24としても良い。すなわち、水素通路2の下流側がバッファ部24として機能するように水素通路2を形成しても良い。   The buffer unit 24 is, for example, a tank that communicates with the outlet of the hydrogen passage 2, and temporarily stores the anode off gas that has flowed out of the hydrogen passage 2. The anode off-gas is composed of surplus hydrogen that has not been used for the electrochemical reaction in each single cell 1 and inert gas such as nitrogen or water vapor leaking from the air passage 3 to the hydrogen passage 2 through the membrane electrode assembly 1a. And mixed gas. The buffer unit 24 only needs to have a function of temporarily storing the anode off gas. For example, a space is formed on the downstream side (near the outlet) of the hydrogen passage 2 to the extent that the anode off gas can be temporarily stored. The space may be used as the buffer unit 24. That is, the hydrogen passage 2 may be formed so that the downstream side of the hydrogen passage 2 functions as the buffer portion 24.

パージ管25は、一端がバッファ部24に連結され、他端が後述するカソードオフガス管37に設けられた希釈器39に連結される。   The purge pipe 25 has one end connected to the buffer unit 24 and the other end connected to a diluter 39 provided in a cathode offgas pipe 37 described later.

パージ制御弁26は、電子制御ユニット200によって開閉される電磁弁であり、パージ管25に設けられる。パージ制御弁26は、通常は閉弁されており、周期的に短時間にわたり開弁される。パージ制御弁26が開弁されると、バッファ部24内のアノードオフガスがパージ管25を介して希釈器39に流入する。   The purge control valve 26 is an electromagnetic valve that is opened and closed by the electronic control unit 200 and is provided in the purge pipe 25. The purge control valve 26 is normally closed and is periodically opened over a short time. When the purge control valve 26 is opened, the anode off gas in the buffer unit 24 flows into the diluter 39 through the purge pipe 25.

酸化剤ガス給排装置30は、空気供給管31と、エアクリーナ32と、コンプレッサ33と、インタークーラ34と、バイパス制御弁35と、バイパス管36と、カソードオフガス管37と、カソード圧力制御弁38と、希釈器39と、を備える。   The oxidant gas supply / discharge device 30 includes an air supply pipe 31, an air cleaner 32, a compressor 33, an intercooler 34, a bypass control valve 35, a bypass pipe 36, a cathode offgas pipe 37, and a cathode pressure control valve 38. And a diluter 39.

空気供給管31は、空気通路3に供給する空気が流れる配管であって、一端がエアクリーナ32に連結され、他端が空気通路3の入口に連結される。   The air supply pipe 31 is a pipe through which air supplied to the air passage 3 flows. One end of the air supply pipe 31 is connected to the air cleaner 32 and the other end is connected to the inlet of the air passage 3.

エアクリーナ32は、空気供給管31に吸入される空気中の異物を取り除く。エアクリーナ32は、酸素源32aとなる大気中に配置される。すなわち、酸素源32aはエアクリーナを介して空気供給管31と連通している。   The air cleaner 32 removes foreign matter in the air sucked into the air supply pipe 31. The air cleaner 32 is disposed in the atmosphere serving as the oxygen source 32a. That is, the oxygen source 32a communicates with the air supply pipe 31 via the air cleaner.

コンプレッサ33は、例えば遠心式又は軸流式のターボコンプレッサであり、空気供給管31に設けられる。コンプレッサ33は、エアクリーナ32を介して空気供給管31に吸入した空気を圧縮して吐出する。   The compressor 33 is, for example, a centrifugal or axial flow turbo compressor, and is provided in the air supply pipe 31. The compressor 33 compresses and discharges the air sucked into the air supply pipe 31 via the air cleaner 32.

インタークーラ34は、コンプレッサ33よりも下流の空気供給管31に設けられ、コンプレッサ33から吐出された空気を例えば走行風や冷却水などで冷却する。   The intercooler 34 is provided in the air supply pipe 31 downstream of the compressor 33, and cools the air discharged from the compressor 33 with, for example, traveling wind or cooling water.

コンプレッサ33とインタークーラ34との間の空気供給管31には、第1流量センサ212が設けられる。第1流量センサ212は、コンプレッサ33から吐出された空気の流量を検出する。なお、第1流量センサ212をコンプレッサ33よりも上流の空気供給管31に設け、第1流量センサ212によってコンプレッサ33が吸入する空気の流量を検出するようにしても良い。   A first flow rate sensor 212 is provided in the air supply pipe 31 between the compressor 33 and the intercooler 34. The first flow rate sensor 212 detects the flow rate of the air discharged from the compressor 33. Note that the first flow rate sensor 212 may be provided in the air supply pipe 31 upstream of the compressor 33, and the first flow rate sensor 212 may detect the flow rate of the air sucked by the compressor 33.

バイパス管36は、コンプレッサ33から吐出された空気の一部又は全部を、必要に応じて燃料電池スタック10を経由させずにカソードオフガス管37に直接流入させるための配管である。バイパス管36は、一端がバイパス制御弁35の第2出口ポート35cに連結され、カソード圧力制御弁38と希釈器39との間のカソードオフガス管37に連結される。   The bypass pipe 36 is a pipe for allowing a part or all of the air discharged from the compressor 33 to flow directly into the cathode offgas pipe 37 without passing through the fuel cell stack 10 as necessary. One end of the bypass pipe 36 is connected to the second outlet port 35 c of the bypass control valve 35, and is connected to a cathode offgas pipe 37 between the cathode pressure control valve 38 and the diluter 39.

バイパス管36には、第2流量センサ213が設けられる。第2流量センサ213は、バイパス制御弁35を介してバイパス管36に流入してきた空気(以下「バイパス空気」という。)の流量を検出する。   The bypass pipe 36 is provided with a second flow rate sensor 213. The second flow rate sensor 213 detects the flow rate of air (hereinafter referred to as “bypass air”) that has flowed into the bypass pipe 36 via the bypass control valve 35.

バイパス制御弁35は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電動三方弁であって、入口ポート35aと、第1出口ポート35bと、第2出口ポート35cと、を備える。バイパス制御弁35の開度は、電子制御ユニット200によって制御される。入口ポート35aは、インタークーラ34側の空気供給管31に連結される。第1出口ポート35bは、燃料電池スタック10側の空気供給管31に連結される。第2出口ポート35cは、バイパス管36に連結される。バイパス制御弁35の開度を調整することで、入口ポート35aと、第1出口ポート35b及び第2出口ポート35cと、の連通状態が調整される。   The bypass control valve 35 is an electric three-way valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and includes an inlet port 35a, a first outlet port 35b, and a second outlet port 35c. The opening degree of the bypass control valve 35 is controlled by the electronic control unit 200. The inlet port 35a is connected to the air supply pipe 31 on the intercooler 34 side. The first outlet port 35b is connected to the air supply pipe 31 on the fuel cell stack 10 side. The second outlet port 35 c is connected to the bypass pipe 36. By adjusting the opening degree of the bypass control valve 35, the communication state between the inlet port 35a, the first outlet port 35b, and the second outlet port 35c is adjusted.

具体的には、バイパス制御弁35が全閉にされたときは、入口ポート35aと第1出口ポート35bとが連通状態となり、入口ポート35aと第2出口ポート35cとが非連通状態となる。その結果、コンプレッサ33から吐出された空気はバイパス管36に流入せず、バイパス制御弁35を介して全て空気供給管31から空気通路3に流入する。   Specifically, when the bypass control valve 35 is fully closed, the inlet port 35a and the first outlet port 35b are in communication with each other, and the inlet port 35a and the second outlet port 35c are in communication with each other. As a result, the air discharged from the compressor 33 does not flow into the bypass pipe 36 but flows entirely into the air passage 3 from the air supply pipe 31 via the bypass control valve 35.

一方でバイパス制御弁35が全開にされたときは、入口ポート35aと第1出口ポート35bとが非連通状態となり、入口ポート35aと第2出口ポート35cとが連通状態となる。その結果、コンプレッサ33から吐出された空気はバイパス制御弁35を介して全てバイパス管36に流入し、空気通路3には流入しなくなる。   On the other hand, when the bypass control valve 35 is fully opened, the inlet port 35a and the first outlet port 35b are not communicated, and the inlet port 35a and the second outlet port 35c are communicated. As a result, all the air discharged from the compressor 33 flows into the bypass pipe 36 via the bypass control valve 35 and does not flow into the air passage 3.

そして、バイパス弁制御弁が全閉及び全開以外の開度(任意の中間開度)にされたときは、入口ポート35aは、第1出口ポート35b及び第2出口ポート35cとそれぞれ連通した状態となる。その結果、バイパス制御弁35の開度に応じてコンプレッサ33から吐出された空気の一部がバイパス制御弁35を介してバイパス管36に流入し、残りがバイパス制御弁35を介して空気供給管31から空気通路3に流入する。バイパス制御弁35の開度を大きくするほど、コンプレッサ33から吐出された空気のうち、バイパス管36に流入する空気の比率が高くなる。   When the bypass valve control valve is opened to any opening other than fully closed and fully open (arbitrary intermediate opening), the inlet port 35a communicates with the first outlet port 35b and the second outlet port 35c, respectively. Become. As a result, a part of the air discharged from the compressor 33 according to the opening degree of the bypass control valve 35 flows into the bypass pipe 36 via the bypass control valve 35, and the rest flows through the bypass control valve 35. 31 flows into the air passage 3. The larger the opening degree of the bypass control valve 35, the higher the ratio of the air flowing into the bypass pipe 36 out of the air discharged from the compressor 33.

このようにバイパス制御弁35は、コンプレッサ33から吐出された空気のうち、空気通路3に供給される空気の量及びバイパス管36内へ流れ込む空気の量を制御する。   Thus, the bypass control valve 35 controls the amount of air supplied to the air passage 3 and the amount of air flowing into the bypass pipe 36 out of the air discharged from the compressor 33.

カソードオフガス管37は、空気通路3の出口から流出したカソードオフガスが流れる配管であって、一端が空気通路3の出口に連結され、他端が大気に開口している。カソードオフガスは、各単セル1内で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸素と、窒素等の不活性ガスと、電気化学反応によって生じた水蒸気と、の混合ガスである。   The cathode offgas pipe 37 is a pipe through which the cathode offgas flowing out from the outlet of the air passage 3 flows. One end of the cathode offgas pipe 37 is connected to the outlet of the air passage 3 and the other end opens to the atmosphere. The cathode off gas is a mixed gas of excess oxygen that has not been used for the electrochemical reaction in each single cell 1, an inert gas such as nitrogen, and water vapor generated by the electrochemical reaction.

カソード圧力制御弁38は、カソードオフガス管37に設けられる。カソード圧力制御弁38は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット200によって制御される。カソード圧力制御弁38の開度を制御することで、空気通路3内の圧力であるカソード圧力が制御される。   The cathode pressure control valve 38 is provided in the cathode offgas pipe 37. The cathode pressure control valve 38 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the electronic control unit 200. By controlling the opening of the cathode pressure control valve 38, the cathode pressure, which is the pressure in the air passage 3, is controlled.

カソード圧力制御弁38よりも上流のカソードオフガス管37には、カソード圧力センサ214が設けられる。カソード圧力センサ214は、カソード圧力(空気通路3内の圧力)を代表する値として、カソード圧力制御弁38よりも上流のカソードオフガス管37内の圧力を検出する。   A cathode pressure sensor 214 is provided in the cathode offgas pipe 37 upstream of the cathode pressure control valve 38. The cathode pressure sensor 214 detects the pressure in the cathode offgas pipe 37 upstream of the cathode pressure control valve 38 as a value representing the cathode pressure (pressure in the air passage 3).

希釈器39は、カソード圧力制御弁38よりも下流のカソードオフガス管37に設けられる。前述したように、希釈器39にはパージ管25が連結されており、カソードオフガス管37を介してカソードオフガス及びバイパス空気が流入し、パージ管25を介してアノードオフガスが流入する。その結果、希釈器39の内部でカソードオフガス、バイパス空気及びアノードオフガスが混合され、それらの混合ガスが排出ガスとして希釈器39よりも下流のカソードオフガス管37から大気に排出される。このように、希釈器39の内部でカソードオフガス、バイパス空気及びアノードオフガスを混合させることで、アノードオフガス中の水素をカソードオフガス及びバイパス空気によって希釈し、大気に排出される排出ガスの水素濃度が基準濃度(例えば4%)未満になるようにしている。   The diluter 39 is provided in the cathode offgas pipe 37 downstream of the cathode pressure control valve 38. As described above, the purge pipe 25 is connected to the diluter 39, and cathode off gas and bypass air flow in through the cathode off gas pipe 37, and anode off gas flows in through the purge pipe 25. As a result, the cathode off gas, the bypass air, and the anode off gas are mixed inside the diluter 39, and these mixed gases are discharged as exhaust gas from the cathode off gas pipe 37 downstream of the diluter 39 to the atmosphere. In this way, by mixing the cathode offgas, the bypass air, and the anode offgas inside the diluter 39, the hydrogen in the anode offgas is diluted with the cathode offgas and the bypass air, and the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged to the atmosphere is reduced. The concentration is less than the reference concentration (for example, 4%).

このように本実施形態では、水素通路2からパージ管25に流出したアノードオフガスを、水素供給管21に戻すことなくカソードオフガス管37から大気に排出している。すなわち本実施形態による燃料電池システム100は、水素非循環式である。   As described above, in this embodiment, the anode off-gas flowing out from the hydrogen passage 2 to the purge pipe 25 is discharged to the atmosphere from the cathode off-gas pipe 37 without returning to the hydrogen supply pipe 21. That is, the fuel cell system 100 according to the present embodiment is a hydrogen non-circulation type.

水素非循環式の燃料電池システム100の場合、アノードオフガスを水素供給管21に戻して循環させる水素循環式のシステムに比べ、アノードオフガスを水素供給管21に戻して循環させるための循環ポンプなどが不要となる。そのため、水素非循環式の燃料電池システム100は、水素循環式のシステムと比べて、循環ポンプを駆動するための電力が不要となって燃費の向上を図ることができると共に、構成を簡素化してコストを低減することができる。   In the case of the hydrogen non-circulation type fuel cell system 100, a circulation pump or the like for returning the anode off gas to the hydrogen supply pipe 21 and circulating it is compared with a hydrogen circulation type system for returning the anode off gas to the hydrogen supply pipe 21 and circulating it. It becomes unnecessary. Therefore, the hydrogen non-circulation type fuel cell system 100 does not require electric power for driving the circulation pump as compared with the hydrogen circulation type system, and can improve fuel efficiency and simplify the configuration. Cost can be reduced.

冷却水循環装置40は、冷却水循環配管41と、冷却水ポンプ42と、ラジエータ43と、ラジエータバイパス管44と、ラジエータバイパス制御弁45と、を備える。   The cooling water circulation device 40 includes a cooling water circulation pipe 41, a cooling water pump 42, a radiator 43, a radiator bypass pipe 44, and a radiator bypass control valve 45.

冷却水循環配管41は、燃料電池スタック10を冷却するための冷却水を循環させる配管であって、一端が冷却水通路4の入口に接続され、他端が冷却水通路4の出口に接続される。以下では、冷却水通路4の出口側を冷却水循環配管41の上流と定義し、冷却水通路4に入口側を冷却水循環配管41の下流と定義して説明する。   The cooling water circulation pipe 41 is a pipe that circulates cooling water for cooling the fuel cell stack 10, and has one end connected to the inlet of the cooling water passage 4 and the other end connected to the outlet of the cooling water passage 4. . Hereinafter, the outlet side of the cooling water passage 4 is defined as upstream of the cooling water circulation pipe 41, and the inlet side of the cooling water passage 4 is defined as downstream of the cooling water circulation pipe 41.

冷却水ポンプ42は、冷却水循環配管41の下流側に設けられ、冷却水を循環させる。   The cooling water pump 42 is provided on the downstream side of the cooling water circulation pipe 41 and circulates the cooling water.

ラジエータ43は、冷却水ポンプ42よりも上流の冷却水循環配管41に設けられ、冷却水通路4の出口から流出した冷却水を、例えば走行風やラジエータファン46によって吸い込んだ空気によって冷却する。   The radiator 43 is provided in the cooling water circulation pipe 41 upstream of the cooling water pump 42, and cools the cooling water flowing out from the outlet of the cooling water passage 4 by, for example, running air or air sucked by the radiator fan 46.

ラジエータバイパス管44は、ラジエータ43を経由させずに冷却水を循環させることができるように設けられた配管であって、一端がラジエータバイパス制御弁45に接続され、他端がラジエータ43と冷却水ポンプ42との間の冷却水循環配管41に接続される。   The radiator bypass pipe 44 is a pipe provided so that cooling water can be circulated without passing through the radiator 43, and one end is connected to the radiator bypass control valve 45 and the other end is connected to the radiator 43 and the cooling water. It is connected to a cooling water circulation pipe 41 between the pump 42.

ラジエータバイパス制御弁45は、例えばサーモスタットであり、ラジエータ43よりも上流の冷却水循環配管41に設けられる。ラジエータバイパス制御弁45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、冷却水の温度が予め設定された基準温度よりも高いときは、冷却水通路4から冷却水循環配管41に流出した冷却水が、ラジエータ43を経由して再び冷却水通路4に流入するように冷却水の循環経路を切り替える。逆に、冷却水の温度が基準温度以下のときは、冷却水通路4から冷却水循環配管41に流出した冷却水が、ラジエータ43を経由せずにラジエータバイパス管44を流れて直接冷却水通路4に流入するように冷却水の循環経路を切り替える。   The radiator bypass control valve 45 is, for example, a thermostat, and is provided in the cooling water circulation pipe 41 upstream of the radiator 43. The radiator bypass control valve 45 switches the cooling water circulation path according to the temperature of the cooling water. Specifically, when the temperature of the cooling water is higher than a preset reference temperature, the cooling water that has flowed out of the cooling water passage 4 into the cooling water circulation pipe 41 flows again into the cooling water passage 4 via the radiator 43. Switch the cooling water circulation path so that it flows. On the contrary, when the temperature of the cooling water is lower than the reference temperature, the cooling water flowing out from the cooling water passage 4 to the cooling water circulation pipe 41 flows through the radiator bypass pipe 44 without passing through the radiator 43 and directly enters the cooling water passage 4. The cooling water circulation path is switched so as to flow into the.

ラジエータバイパス制御弁45よりも上流の冷却水循環配管41には、水温センサ215が設けられる。水温センサ215は、冷却水通路4から冷却水循環配管41に流出した冷却水の温度を検出する。   A coolant temperature sensor 215 is provided in the coolant circulation pipe 41 upstream of the radiator bypass control valve 45. The water temperature sensor 215 detects the temperature of the cooling water flowing out from the cooling water passage 4 to the cooling water circulation pipe 41.

電気負荷部50は、第1コンバータ51と、回路遮断器52と、バッテリ53と、第2コンバータ54と、モータジェネレータ55と、インバータ56と、を備える。電気負荷部50と燃料電池スタック10の出力端子との接続ライン57には、燃料電池スタック10から取り出される電流(以下「出力電流」という。)を検出するための電流センサ216と、燃料電池スタック10の出力端子の端子間電圧(以下「スタック電圧」という。)を検出するための電圧センサ217と、が設けられる。   The electrical load unit 50 includes a first converter 51, a circuit breaker 52, a battery 53, a second converter 54, a motor generator 55, and an inverter 56. A connection line 57 between the electric load unit 50 and the output terminal of the fuel cell stack 10 includes a current sensor 216 for detecting a current (hereinafter referred to as “output current”) extracted from the fuel cell stack 10, and a fuel cell stack. And a voltage sensor 217 for detecting an inter-terminal voltage (hereinafter referred to as “stack voltage”) of the ten output terminals.

第1コンバータ51は、一次側端子の端子間電圧を昇降圧させることが可能な電気回路を備えた双方向性のDC/DCコンバータであり、一次側端子が回路遮断器52を介して燃料電池スタック10の出力端子に接続され、二次側端子がインバータ56の直流側端子に接続される。第1コンバータ51は、電子制御ユニット200からの制御信号に基づいて一次側の端子間電圧となるスタック電圧を昇降圧させ、スタック電圧を燃料電池システム100の運転状態に応じて設定される目標スタック電圧に制御する。   The first converter 51 is a bidirectional DC / DC converter provided with an electric circuit capable of increasing / decreasing the voltage between terminals of the primary side terminal, and the primary side terminal is a fuel cell via the circuit breaker 52. Connected to the output terminal of the stack 10, the secondary side terminal is connected to the DC side terminal of the inverter 56. The first converter 51 raises or lowers the stack voltage, which is the primary terminal voltage, based on a control signal from the electronic control unit 200, and sets the stack voltage according to the operating state of the fuel cell system 100. Control to voltage.

回路遮断器52は、電子制御ユニット200によって開閉され、燃料電池スタック10と電気負荷部50とを電気的に接続又は遮断する。なお、回路遮断器52は必ずしも設ける必要はない。   The circuit breaker 52 is opened and closed by the electronic control unit 200 and electrically connects or disconnects the fuel cell stack 10 and the electric load unit 50. The circuit breaker 52 is not necessarily provided.

バッテリ53は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。バッテリ53には、燃料電池スタック10の余剰電力及びモータジェネレータ55の回生電力が充電される。バッテリ53に充電された電力は、必要に応じてモータジェネレータ55やコンプレッサ33等の燃料電池システム100が備える各制御部品を駆動するために使用される。   The battery 53 is a rechargeable secondary battery such as a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, or a lithium ion battery. The battery 53 is charged with surplus power from the fuel cell stack 10 and regenerative power from the motor generator 55. The electric power charged in the battery 53 is used to drive each control component provided in the fuel cell system 100 such as the motor generator 55 and the compressor 33 as necessary.

第2コンバータ54は、例えば二次側端子の端子間電圧を昇降圧させることが可能な電気回路を備えた双方向性のDC/DCコンバータであり、一次側端子がバッテリ53の出力端子に接続され、二次側端子がインバータ56の直流側端子に接続される。第2コンバータ54は、電子制御ユニット200からの制御信号に基づいて二次側の端子間電圧となるインバータ56の入力電圧を昇降圧させ、入力電圧を燃料電池システム100の運転状態に応じて設定される目標入力電圧に制御する。   The second converter 54 is a bidirectional DC / DC converter provided with an electric circuit capable of increasing / decreasing the voltage between terminals of the secondary side terminal, for example, and the primary side terminal is connected to the output terminal of the battery 53. The secondary side terminal is connected to the DC side terminal of the inverter 56. The second converter 54 raises or lowers the input voltage of the inverter 56 that is the secondary terminal voltage based on the control signal from the electronic control unit 200, and sets the input voltage according to the operating state of the fuel cell system 100. The target input voltage is controlled.

モータジェネレータ55は、例えば三相の永久磁石型同期モータであり、燃料電池システム100が搭載される車両の動力を発生させるモータとしての機能と、車両の減速時に発電するジュネレータとしての機能と、を備える。モータジェネレータ55は、インバータ56の交流側端子に接続され、燃料電池スタック10の発電電力及びバッテリ53の電力によって駆動される。   The motor generator 55 is, for example, a three-phase permanent magnet type synchronous motor, and has a function as a motor that generates power of a vehicle on which the fuel cell system 100 is mounted, and a function as a generator that generates power when the vehicle is decelerated. Prepare. Motor generator 55 is connected to the AC side terminal of inverter 56, and is driven by the generated power of fuel cell stack 10 and the power of battery 53.

インバータ56は、電子制御ユニット200からの制御信号に基づいて直流側端子から入力された直流電流を交流電流に変換して交流側端子から出力し、逆に電子制御ユニット200からの制御信号に基づいて交流側端子から入力された交流電流を直流電流に変換して直流側端子から出力することが可能な電気回路を備える。インバータ56の直流側端子は第1コンバータ51及び第2コンバータ54の二次側端子に接続され、インバータ56の交流側端子はモータジェネレータ55の入出力端子に接続される。インバータ56は、モータジェネレータ55をモータとして機能させるときは、燃料電池スタック10の出力電流及びバッテリ53の出力電流の合成直流電流を交流電流(本実施形態では三相交流電流)に変換してモータジェネレータ55に供給する。一方でインバータ56は、モータジェネレータ55をジュネレータとして機能させるときは、モータジェネレータ55からの交流電流を直流電流に変換してバッテリ53等に供給する。   The inverter 56 converts a DC current input from the DC side terminal into an AC current based on a control signal from the electronic control unit 200 and outputs the AC current from the AC side terminal, and conversely based on a control signal from the electronic control unit 200. And an electric circuit capable of converting an alternating current input from the alternating current side terminal into a direct current and outputting the direct current from the direct current side terminal. The DC side terminal of inverter 56 is connected to the secondary side terminals of first converter 51 and second converter 54, and the AC side terminal of inverter 56 is connected to the input / output terminal of motor generator 55. When the motor generator 55 functions as a motor, the inverter 56 converts the combined direct current of the output current of the fuel cell stack 10 and the output current of the battery 53 into an alternating current (three-phase alternating current in the present embodiment) and converts the motor into a motor. This is supplied to the generator 55. On the other hand, when the motor generator 55 functions as a generator, the inverter 56 converts the alternating current from the motor generator 55 into a direct current and supplies it to the battery 53 and the like.

電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。   The electronic control unit 200 is composed of a digital computer and is connected to each other by a bi-directional bus 201. A ROM (read only memory) 202, a RAM (random access memory) 203, a CPU (microprocessor) 204, an input port 205, and an output port 206.

入力ポート205には、前述したアノード圧力センサ211や第1流量センサ212、第2流量センサ213、カソード圧力センサ214、水温センサ215、電流センサ216、電圧センサ217、タンク圧力センサ218のほか、大気圧を検出するための大気圧センサ219などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また、入力ポート205には、燃料電池システム100の起動及び停止を判断するためのスタートスイッチ220からの出力信号が入力される。このように入力ポート205には、燃料電池システム100を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。   The input port 205 includes an anode pressure sensor 211, a first flow sensor 212, a second flow sensor 213, a cathode pressure sensor 214, a water temperature sensor 215, a current sensor 216, a voltage sensor 217, a tank pressure sensor 218, and a large pressure sensor. An output signal from the atmospheric pressure sensor 219 or the like for detecting the atmospheric pressure is input via each corresponding AD converter 207. In addition, an output signal from the start switch 220 for determining whether the fuel cell system 100 is started or stopped is input to the input port 205. As described above, output signals of various sensors necessary for controlling the fuel cell system 100 are input to the input port 205.

出力ポート206には、対応する駆動回路208を介して水素供給制御弁23(遮断弁231、レギュレータ232及びインジェクタ233)やパージ制御弁26、コンプレッサ33、バイパス制御弁35、カソード圧力制御弁38、冷却水ポンプ42、第1コンバータ51、回路遮断器52、第2コンバータ54、モータジェネレータ55、インバータ56などの各制御部品が電気的に接続される。   The output port 206 is connected to the hydrogen supply control valve 23 (shutoff valve 231, regulator 232 and injector 233), purge control valve 26, compressor 33, bypass control valve 35, cathode pressure control valve 38, via a corresponding drive circuit 208. Control components such as the cooling water pump 42, the first converter 51, the circuit breaker 52, the second converter 54, the motor generator 55, and the inverter 56 are electrically connected.

電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力する。   The electronic control unit 200 outputs a control signal for controlling each control component from the output port 206 based on output signals of various sensors input to the input port 205.

電子制御ユニット200は、スタートスイッチ220の出力信号に基づいてシステム停止要求があると判定すると、所定の停止処理を実施した後に燃料電池システム100を完全に停止させる。燃料電池システム100を完全に停止させてから次に起動するまでのシステム停止期間中におけるスタック電圧(開回路電圧)が高電圧のまま維持されることによる単セル1の電極中の触媒の劣化(高電圧劣化)を抑制するために、この停止処理によって、システム停止要求時に空気通路3内に残留している酸素が発電によって消費され、空気通路3については通路内がほぼ窒素で満たされた状態で密閉され、水素通路2については通路内が水素で満たされた状態で密閉される。すなわち、遮断弁231、パージ制御弁26及びカソード圧力制御弁38については全閉とされた状態、バイパス制御弁35については全開とされた状態で、燃料電池システム100が完全に停止される。   If the electronic control unit 200 determines that there is a system stop request based on the output signal of the start switch 220, the electronic control unit 200 completely stops the fuel cell system 100 after performing a predetermined stop process. Deterioration of the catalyst in the electrode of the single cell 1 due to the stack voltage (open circuit voltage) being maintained at a high voltage during the system stop period from when the fuel cell system 100 is completely stopped to when it is next started ( In order to suppress a high voltage deterioration), the oxygen remaining in the air passage 3 is consumed by power generation at the time of the system stop request, and the air passage 3 is almost filled with nitrogen. The hydrogen passage 2 is sealed with the passage filled with hydrogen. That is, the fuel cell system 100 is completely stopped with the shut-off valve 231, the purge control valve 26 and the cathode pressure control valve 38 being fully closed, and the bypass control valve 35 being fully open.

このように、システム停止時に実施される停止処理によって、空気通路3については通路内がほぼ窒素で満たされた状態で密閉されるが、システム停止期間中には、カソードオフガス管37内に侵入した空気が徐々に上流へと拡散していき、カソード圧力制御弁38やバイパス制御弁35を介して空気通路3の入口及び出口から流入する。システム停止期間中に空気通路3内に空気が流入してくると、スタック電圧が徐々に上昇していき、そのまま放置すると単セル1の高電圧劣化が生じる。   As described above, the air passage 3 is hermetically sealed in a state where the inside of the air passage 3 is almost filled with nitrogen by the stop processing performed when the system is stopped. However, the air passage 3 entered the cathode offgas pipe 37 during the system stop period. Air gradually diffuses upstream and flows from the inlet and outlet of the air passage 3 through the cathode pressure control valve 38 and the bypass control valve 35. When air flows into the air passage 3 during the system stop period, the stack voltage gradually rises, and if left as it is, the high voltage deterioration of the single cell 1 occurs.

システム停止期間中における空気通路3内への空気の流入を防止するには、カソード圧力制御弁38及びバイパス制御弁35に高い封止機能(シール機能)を持たせることが有効である。しかしながら、カソード圧力制御弁38及びバイパス制御弁35に高い封止機能を持たせると、その分コストが増加するため現実的ではない。   In order to prevent the inflow of air into the air passage 3 during the system stop period, it is effective to provide the cathode pressure control valve 38 and the bypass control valve 35 with a high sealing function (seal function). However, if the cathode pressure control valve 38 and the bypass control valve 35 have a high sealing function, the cost increases correspondingly, which is not practical.

そこで本実施形態では、システム停止期間中に定期的又は継続的にスタック電圧を検出し、スタック電圧が所定電圧以上であれば、アノード圧力が所定圧力となるように、システム停止期間中に燃料電池スタック10に水素を供給してスタック電圧を低下させる電圧低下制御を実施する。図2は、システム停止期間中に実施される電圧低下制御について説明するタイムチャートである。   Therefore, in the present embodiment, the stack voltage is detected periodically or continuously during the system stop period, and if the stack voltage is equal to or higher than the predetermined voltage, the fuel cell is set during the system stop period so that the anode pressure becomes the predetermined pressure. Hydrogen reduction is supplied to the stack 10 to perform voltage reduction control for reducing the stack voltage. FIG. 2 is a time chart for explaining the voltage drop control performed during the system stop period.

所定電圧は、単セル1の高電圧劣化が生じる電圧、すなわち単セル1の電極中の触媒が劣化し始める電圧よりも低い電圧値の中から適宜選択された電圧値であり、本実施形態では(0.5V(単セル電圧)×単セル枚数)としている。   The predetermined voltage is a voltage value appropriately selected from voltages that cause high voltage degradation of the single cell 1, that is, a voltage value lower than a voltage at which the catalyst in the electrode of the single cell 1 begins to deteriorate. (0.5 V (single cell voltage) × number of single cells).

所定圧力は、所定電圧まで上昇したスタック電圧を所望の電圧(例えば0V)まで低下させるために必要な水素を水素通路2に供給したときのアノード圧力、すなわちシステム停止期間中に空気通路3に流入した空気中の酸素を消費させるために必要な水素を水素通路2に供給したときのアノード圧力以上の圧力値の中から適宜選択された圧力値である。システム停止期間中のアノード圧力は概ね大気圧となっているので、本実施形態では平地での大気圧(標準大気圧;約100kPa)を基準大気圧とし、アノード圧力が基準大気圧の状態からスタック電圧を所望の電圧まで低下させるために必要な水素を燃料電池スタック10に供給したときのアノード圧力(例えば120kPa)を所定圧力としている。   The predetermined pressure is the anode pressure when hydrogen necessary for reducing the stack voltage, which has been raised to a predetermined voltage, to a desired voltage (for example, 0 V) is supplied to the hydrogen passage 2, that is, flows into the air passage 3 during the system stop period. The pressure value is appropriately selected from pressure values equal to or higher than the anode pressure when hydrogen necessary for consuming oxygen in the air is supplied to the hydrogen passage 2. Since the anode pressure during the system stop period is almost atmospheric pressure, in this embodiment, the atmospheric pressure on the flat ground (standard atmospheric pressure; about 100 kPa) is set as the reference atmospheric pressure, and the anode pressure is stacked from the reference atmospheric pressure. The anode pressure (for example, 120 kPa) when hydrogen necessary for reducing the voltage to a desired voltage is supplied to the fuel cell stack 10 is set to a predetermined pressure.

図2に示すように、時刻t1でシステム停止期間中に電圧低下制御が実施され、アノード圧力が所定圧力になるまで燃料電池スタック10に水素が供給されると、システム停止期間中のカソード圧力も概ね大気圧となっているので、水素通路2内の圧力(アノード圧力)と空気通路3内の圧力(カソード圧力)との圧力差によって、水素通路2内の水素が膜電極接合体1aを介して空気通路3内に透過していく。その結果、空気通路3内に透過した水素がカソード極で酸素と反応して空気通路3内で水素及び酸素が消費され、アノード圧力及びスタック電圧が低下する(時刻t1〜t2)。   As shown in FIG. 2, when the voltage drop control is performed during the system stop period at time t1 and hydrogen is supplied to the fuel cell stack 10 until the anode pressure reaches a predetermined pressure, the cathode pressure during the system stop period is also increased. Since the atmospheric pressure is almost the atmospheric pressure, the hydrogen in the hydrogen passage 2 passes through the membrane electrode assembly 1a due to the pressure difference between the pressure in the hydrogen passage 2 (anode pressure) and the pressure in the air passage 3 (cathode pressure). And penetrates into the air passage 3. As a result, hydrogen that has permeated into the air passage 3 reacts with oxygen at the cathode electrode, and hydrogen and oxygen are consumed in the air passage 3 to decrease the anode pressure and the stack voltage (time t1 to t2).

一方、システム停止期間中に電圧低下制御が実施されると、高圧水素タンク22から燃料電池スタック10に供給された水素が酸素と反応して消費されるので、システム停止期間中に高圧水素タンク22の水素残量が減少することになる。   On the other hand, when the voltage drop control is performed during the system stop period, the hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 22 to the fuel cell stack 10 reacts with oxygen and is consumed. The remaining amount of hydrogen will decrease.

システム停止期間中に電圧低下制御を実施して一旦スタック電圧を低下させても(時刻t2)、その後に再び空気通路3内には空気が流入してくるので、スタック電圧は再度上昇する(時刻t2〜t3)。したがって、システム停止期間が長くなると、システム停止期間中に電圧低下制御が複数回実施されることになるので、図2(C)に示すように、システム停止期間中に高圧水素タンク22の水素残量が徐々に減少していく。その結果、燃料切れを起こす可能性がある。このような燃料切れを防止するために、例えば水素残量が所定量以下になったら電圧低下制御を禁止することもできるが、そうすると電圧低下制御の禁止後は、単セル1の高電圧劣化を防止することができなくなる。   Even if the voltage drop control is performed during the system stop period and the stack voltage is once lowered (time t2), air again flows into the air passage 3 after that, so that the stack voltage rises again (time). t2-t3). Therefore, if the system shutdown period becomes longer, the voltage drop control is performed a plurality of times during the system shutdown period. Therefore, as shown in FIG. 2 (C), the hydrogen remaining in the high-pressure hydrogen tank 22 is suspended during the system shutdown period. The amount gradually decreases. As a result, fuel may run out. In order to prevent such a fuel shortage, for example, when the remaining amount of hydrogen falls below a predetermined amount, the voltage drop control can be prohibited. However, after the voltage drop control is prohibited, the high voltage deterioration of the single cell 1 is prevented. It cannot be prevented.

したがって、システム停止期間中に電圧低下制御を実施するようにした場合は、好ましくはシステム停止時に、例えばシステム停止時の燃料ガス残量に応じて燃料電池システム100を停止したままにしておくことができる時間や高圧水素タンク22に水素の補充が必要になる時期を使用者に通知することが望ましい。燃料電池システム100の使用者に水素の補充が必要になる時期を通知して水素の補充を促すことで、システム停止期間中における燃料切れの発生及び単セル1の高電圧劣化を抑制することができる。   Therefore, when the voltage drop control is performed during the system stop period, the fuel cell system 100 is preferably stopped when the system is stopped, for example, according to the remaining amount of fuel gas when the system is stopped. It is desirable to notify the user of the time when the high pressure hydrogen tank 22 needs to be refilled with hydrogen. By notifying the user of the fuel cell system 100 when it is necessary to supply hydrogen and urging the user to supply hydrogen, it is possible to suppress the occurrence of fuel shortage and high voltage deterioration of the single cell 1 during the system stop period. it can.

しかしながら、本実施形態では電圧低下制御を実施したときに、アノード圧力が所定圧力となるまで燃料電池スタック10に水素を供給するようにしているので、以下のような問題が生じることがわかった。   However, in the present embodiment, when the voltage drop control is performed, hydrogen is supplied to the fuel cell stack 10 until the anode pressure reaches a predetermined pressure, and it has been found that the following problems occur.

すなわち、図2(B)に示すように、大気圧は、燃料電池システム100の停止場所又は設置場所によって変化する。そのため、例えば燃料電池システム100が高地で停止されたときは、燃料電池システム100が通常使用されると想定される平地(基準高度)での標準大気圧よりも大気圧が低くなる。したがって、燃料電池システム100が高地などの大気圧が標準大気圧よりも低い場所で停止された場合は、アノード圧力を所定圧力まで昇圧させるために必要な水素供給量が、燃料電池システム100が平地で停止された場合よりも多くなってしまう。   That is, as shown in FIG. 2 (B), the atmospheric pressure changes depending on where the fuel cell system 100 is stopped or installed. Therefore, for example, when the fuel cell system 100 is stopped at a high altitude, the atmospheric pressure is lower than the standard atmospheric pressure on a flat ground (reference altitude) where the fuel cell system 100 is assumed to be normally used. Therefore, when the fuel cell system 100 is stopped at a place where the atmospheric pressure, such as a high altitude, is lower than the standard atmospheric pressure, the amount of hydrogen supply necessary to increase the anode pressure to a predetermined pressure is less than the level of the fuel cell system 100 It will be more than if it was stopped at.

その結果、システム停止期間中に水素残量が想定よりも早く低下してしまい、通知した水素補充時期よりも早く燃料切れを起こすおそれがある。また、燃料切れになると、電圧低下制御も実施できなくなるので、単セル1の高電圧劣化が生じるおそがある。   As a result, the remaining amount of hydrogen decreases earlier than expected during the system shutdown period, and there is a risk of running out of fuel earlier than the notified hydrogen replenishment time. In addition, when the fuel runs out, the voltage drop control cannot be performed, so that the high voltage deterioration of the single cell 1 may occur.

そこで本実施形態では、システム停止期間中の電圧低下制御時に燃料電池スタック10に供給される水素供給量を大気圧に応じて正確に推定し、システム停止時に適切な水素補充時期を通知できるようにした。以下、この本実施形態によるシステム停止制御について説明する。   Therefore, in the present embodiment, the hydrogen supply amount supplied to the fuel cell stack 10 during the voltage drop control during the system stop period can be accurately estimated according to the atmospheric pressure so that an appropriate hydrogen replenishment timing can be notified when the system is stopped. did. Hereinafter, the system stop control according to this embodiment will be described.

図3は、電子制御ユニット200が実施する本実施形態によるシステム停止制御について説明するフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the system stop control according to this embodiment performed by the electronic control unit 200.

ステップS1において、電子制御ユニット200は、スタートスイッチ220の出力信号に基づいて、システム停止要求があるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、システム停止要求がなければシステム停止制御を終了し、システム停止要求があればステップS2の処理に進む。   In step S1, the electronic control unit 200 determines whether there is a system stop request based on the output signal of the start switch 220. If there is no system stop request, the electronic control unit 200 ends the system stop control, and if there is a system stop request, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S2.

ステップS2において、電子制御ユニット200は、停止処理を実施する。具体的には、電子制御ユニット200は、カソード圧力制御弁38を全閉にすると共にバイパス制御弁35を全開にして空気通路3を密閉し、かつパージ制御弁26を全閉にした状態で水素通路2に水素を供給しながら所定時間発電を継続させて、空気通路3内の酸素を消費させる。そして電子制御ユニット200は、所定時間発電を継続させたら遮断弁231を全閉としてステップS3に進む。   In step S2, the electronic control unit 200 performs a stop process. Specifically, the electronic control unit 200 fully closes the cathode pressure control valve 38, fully opens the bypass control valve 35, seals the air passage 3, and fully closes the purge control valve 26. While supplying hydrogen to the passage 2, power generation is continued for a predetermined time to consume oxygen in the air passage 3. When the electronic control unit 200 continues the power generation for a predetermined time, the electronic control unit 200 closes the shut-off valve 231 and proceeds to step S3.

ステップS3において、電子制御ユニット200は、システム停止期間中に燃料電池スタック10に供給可能な水素残量を算出する。本実施形態では、タンク圧力センサ218で検出したタンク圧力に基づいて算出した高圧水素タンク22内の水素量を水素残量としているが、例えば高圧水素タンク22内の水素量に、アノード圧力センサ211で検出したアノード圧力に基づいて算出した水素供給管21内の水素量を加えた値を水素残量としても良い。   In step S3, the electronic control unit 200 calculates the remaining amount of hydrogen that can be supplied to the fuel cell stack 10 during the system stop period. In the present embodiment, the hydrogen amount in the high-pressure hydrogen tank 22 calculated based on the tank pressure detected by the tank pressure sensor 218 is used as the remaining amount of hydrogen. For example, the anode pressure sensor 211 is added to the hydrogen amount in the high-pressure hydrogen tank 22. A value obtained by adding the amount of hydrogen in the hydrogen supply pipe 21 calculated based on the anode pressure detected in step 1 may be used as the remaining amount of hydrogen.

ステップS4において、電子制御ユニット200は、大気圧センサ219で検出した大気圧を読み込む。   In step S4, the electronic control unit 200 reads the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 219.

ステップS5において、電子制御ユニット200は、システム停止期間中に電圧低下制御が実施された場合に、その1回の電圧低下制御で燃料電池スタック10に供給される水素量を、予想水素供給量として算出する。本実施形態では、電子制御ユニット200は、図4のテーブルを参照し、ステップS4で読み込んだ大気圧に基づいて、アノード圧力をその読み込んだ大気圧から所定圧力まで昇圧させるために燃料電池スタック10に供給する必要のある水素量を、予想水素供給量として算出する。   In step S5, when the voltage drop control is performed during the system stop period, the electronic control unit 200 uses the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 10 by the one voltage drop control as an expected hydrogen supply amount. calculate. In the present embodiment, the electronic control unit 200 refers to the table of FIG. 4, and based on the atmospheric pressure read in step S4, the fuel cell stack 10 increases the anode pressure from the read atmospheric pressure to a predetermined pressure. The amount of hydrogen that needs to be supplied to is calculated as the expected hydrogen supply.

なお、予想水素供給量の算出方法としてはこれに限られるものではなく、例えばアノード圧力を基準大気圧から所定圧力まで昇圧させるために燃料電池スタック10に供給する必要のある水素量を、基準水素供給量として予め実験等によって求めておき、ステップS4で読み込んだ大気圧に基づいてその基準水素供給量を補正して予想水素供給量を算出しても良い。この場合、大気圧が基準大気圧よりも低くなるほど基準水素供給量に加算される補正量が大きくなるようにし、大気圧が基準大気圧よりも高くなるほど基準水素供給量から減算される補正量が大きくなるようにすれば良い。   Note that the method for calculating the expected hydrogen supply amount is not limited to this. For example, the amount of hydrogen that needs to be supplied to the fuel cell stack 10 in order to increase the anode pressure from the reference atmospheric pressure to a predetermined pressure is determined as the reference hydrogen. The expected hydrogen supply amount may be calculated by obtaining the supply amount in advance by experiments or the like and correcting the reference hydrogen supply amount based on the atmospheric pressure read in step S4. In this case, the correction amount added to the reference hydrogen supply amount becomes larger as the atmospheric pressure becomes lower than the reference atmospheric pressure, and the correction amount subtracted from the reference hydrogen supply amount as the atmospheric pressure becomes higher than the reference atmospheric pressure. Just make it bigger.

ステップS6において、電子制御ユニット200は、水素残量と予想水素供給量とに基づいて、システム停止期間中に電圧低下制御を実施できる回数、すなわち電圧低下制御の実施可能回数を算出する。本実施形態では、水素残量を予想水素供給量で除算することで電圧低下制御の実施可能回数を算出しているが、マップ等を参照して水素残量と予想水素供給量とから電圧低下制御の実施可能回数を算出しても良い。   In step S6, the electronic control unit 200 calculates the number of times that the voltage reduction control can be performed during the system stop period, that is, the number of times that the voltage reduction control can be performed, based on the remaining amount of hydrogen and the expected hydrogen supply amount. In this embodiment, the number of times that the voltage drop control can be performed is calculated by dividing the remaining hydrogen amount by the expected hydrogen supply amount, but the voltage drop is calculated from the remaining hydrogen amount and the expected hydrogen supply amount with reference to a map or the like. The number of times control can be performed may be calculated.

ステップS7において、電子制御ユニット200は、電圧低下制御の実施可能回数と、電圧低下制御1回当りの高電圧劣化防止可能時間と、に基づいて、単セル1の高電圧劣化を防止できるシステム停止時間の上限値を算出する。本実施形態では、電圧低下制御の実施可能回数に高電圧劣化防止可能時間を掛け合わせることでシステム停止時間の上限値を算出しているが、マップ等を参照して電圧低下制御の実施可能回数と高電圧劣化防止可能時間とからシステム停止時間の上限値を算出しても良い。   In step S7, the electronic control unit 200 stops the system that can prevent the high voltage deterioration of the single cell 1 based on the number of times the voltage drop control can be performed and the high voltage deterioration prevention time per one voltage drop control. Calculate the upper limit of time. In this embodiment, the upper limit value of the system stop time is calculated by multiplying the number of times that the voltage drop control can be performed by the time that can prevent high voltage deterioration. The upper limit value of the system stop time may be calculated from the high voltage deterioration prevention possible time.

高電圧劣化防止可能時間は、電圧低下制御を実施した後にスタック電圧を所定電圧未満に維持できる時間であり、電圧低下制御を実施してからスタック電圧が再び所定電圧まで上昇するのに要する時間を最大として、その時間内から適宜選択される時間である。高電圧劣化防止可能時間は、予め実験等によって求めることができる。本実施形態では高電圧劣化防止可能時間を固定値としているが、例えば大気圧が低くなるほど電圧低下制御の実施時に燃料電池スタック10に供給される水素量が多くなり、高電圧劣化防止可能時間も長くなると考えられるので、大気圧が低くなるほど長くなる可変値としても良い。   The high voltage deterioration prevention possible time is the time during which the stack voltage can be maintained below the predetermined voltage after the voltage drop control is performed, and the time required for the stack voltage to rise again to the predetermined voltage after the voltage drop control is performed. The maximum is a time appropriately selected from that time. The high voltage degradation preventable time can be obtained in advance by experiments or the like. In this embodiment, the high voltage deterioration prevention time is a fixed value. For example, as the atmospheric pressure decreases, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 10 during the voltage drop control increases, and the high voltage deterioration prevention time also increases. Since it is thought that it becomes long, it is good also as a variable value which becomes long, so that atmospheric pressure becomes low.

ステップS8において、電子制御ユニット200は、システム停止時間の上限値に基づいて、高圧水素タンク22に水素の補充が必要になる時期を、例えば「3日以内の水素充填が必要」といったメッセージによって燃料電池システム100の使用者に通知し、燃料電池システム100を停止させる。水素補充時期の通知方法としては、ディスプレイ上にメッセージを表示しても良いし、使用者の携帯端末等にデータを送信して表示させるようにしても良い。   In step S8, the electronic control unit 200 determines the time when the high-pressure hydrogen tank 22 needs to be replenished based on the upper limit value of the system stop time by using a message such as “requires hydrogen filling within 3 days”. The user of the battery system 100 is notified and the fuel cell system 100 is stopped. As a notification method of the hydrogen replenishment time, a message may be displayed on a display, or data may be transmitted and displayed on a user's portable terminal or the like.

なお、燃料電池システム100が例えば車両等の移動体に搭載されている場合は、車両の移動に必要な水素を残しておく必要があるので、システム停止時間の上限値よりも短い時間を水素の補充が必要になる時期として通知するのが望ましい。一方、燃料電池システム100が例えば定置型のシステムで、水素を補充する際に燃料電池システム100を移動させる必要がない場合であれば、システム停止時間の上限値を水素の補充が必要になる時期として通知すれば良い。   In addition, when the fuel cell system 100 is mounted on a moving body such as a vehicle, it is necessary to leave the hydrogen necessary for the movement of the vehicle. It is desirable to notify when it is necessary to replenish. On the other hand, if the fuel cell system 100 is, for example, a stationary system and it is not necessary to move the fuel cell system 100 when hydrogen is replenished, the upper limit of the system stop time is set to the time when hydrogen replenishment is required. You may notify as.

ステップS8で高圧水素タンク22に水素の補充が必要になる時期を通知し、燃料電池システム100を停止させた後は、電子制御ユニット200は定期的又は継続的にスタック電圧を検出し、スタック電圧が所定電圧以上であれば、アノード圧力が所定圧力となるように、システム停止期間中に燃料電池スタック10に水素を供給してスタック電圧を低下させる電圧低下制御を実施する。   After notifying the high-pressure hydrogen tank 22 when hydrogen needs to be replenished in step S8 and stopping the fuel cell system 100, the electronic control unit 200 detects the stack voltage periodically or continuously to detect the stack voltage. If the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage, voltage reduction control is performed to supply hydrogen to the fuel cell stack 10 during the system stop period so as to lower the stack voltage so that the anode pressure becomes a predetermined pressure.

以上説明した本実施形態によれば、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての空気との電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタック10と、水素を貯蔵するための高圧水素タンク(燃料ガス源)22を含み、燃料電池スタック10に対して水素の給排を行うための燃料ガス給排装置20と、燃料電池スタック10の電圧であるスタック電圧を検出する電圧センサ217と、燃料電池スタック10内の水素通路(燃料ガス通路)2の圧力であるアノード圧力を検出するアノード圧力センサ211と、高圧水素タンク22の圧力を検出するタンク圧力センサ(燃料ガス源圧力センサ)218と、大気圧を検出する大気圧センサ219と、を備える燃料電池システム100を制御する電子制御ユニット(制御装置)200が、燃料電池システム100の停止期間中に検出したスタック電圧が所定電圧以上であれば、アノード圧力が所定圧力となるように停止期間中に燃料電池スタック10に水素を供給してスタック電圧を低下させる電圧低下制御を実施する電圧低下制御実施部と、少なくとも高圧水素タンク22の圧力に基づいて水素残量を算出する燃料ガス残量算出部と、停止期間中に電圧低下制御を実施した場合にアノード圧力を所定圧力まで昇圧させるために必要な予想水素供給量を推定する燃料ガス供給量推定部と、水素残量と予想水素供給量とに基づいて電圧低下制御の実施可能回数を算出する実施可能回数算出部と、実施可能回数と電圧低下制御を実施した後にスタック電圧を所定電圧未満に維持できる時間とに基づいて高圧水素タンク22に水素の補充が必要になる時期を通知する通知部と、としての機能を備えており、燃料ガス供給量推定部が、大気圧センサ219で検出した大気圧に基づいて予想水素供給量を推定するか、又は、停止期間中に電圧低下制御を実施した場合にアノード圧力を予め設定された基準大気圧(基準圧力)から所定圧力まで昇圧させるために必要な基準水素供給量を、大気圧センサ219で検出した大気圧に基づいて補正して予想水素供給量を推定するように構成されている。   According to the present embodiment described above, the fuel cell stack 10 that generates electric power by an electrochemical reaction between hydrogen as fuel gas and air as oxidant gas, and a high-pressure hydrogen tank (fuel gas) for storing hydrogen A fuel gas supply / discharge device 20 for supplying and discharging hydrogen to and from the fuel cell stack 10, a voltage sensor 217 for detecting a stack voltage that is a voltage of the fuel cell stack 10, and a fuel cell stack 10, an anode pressure sensor 211 that detects the anode pressure that is the pressure of the hydrogen passage (fuel gas passage) 2, a tank pressure sensor (fuel gas source pressure sensor) 218 that detects the pressure of the high-pressure hydrogen tank 22, and atmospheric pressure An electronic control unit (control device) 200 for controlling the fuel cell system 100 including an atmospheric pressure sensor 219 for detecting the If the stack voltage detected during the stop period of the system 100 is equal to or higher than the predetermined voltage, the voltage reduction control for supplying hydrogen to the fuel cell stack 10 during the stop period so as to reduce the stack voltage so that the anode pressure becomes the predetermined pressure. A voltage reduction control execution unit that performs the following, a fuel gas remaining amount calculation unit that calculates the remaining amount of hydrogen based on at least the pressure of the high-pressure hydrogen tank 22, and an anode pressure that is predetermined when the voltage reduction control is performed during the stop period A fuel gas supply amount estimation unit that estimates an expected hydrogen supply amount required to increase the pressure to a pressure, and an executable number calculation unit that calculates the number of times the voltage drop control can be performed based on the remaining amount of hydrogen and the expected hydrogen supply amount And the high-pressure hydrogen tank 22 needs to be replenished with hydrogen based on the possible number of times and the time during which the stack voltage can be maintained below the predetermined voltage after the voltage drop control is performed. The fuel gas supply amount estimation unit estimates the expected hydrogen supply amount based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 219, or the stop period. When the voltage drop control is performed, the reference hydrogen supply amount necessary for increasing the anode pressure from the preset reference atmospheric pressure (reference pressure) to the predetermined pressure is set to the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 219. The predicted hydrogen supply amount is estimated based on the correction.

そのため、システム停止期間中の電圧低下制御時に燃料電池スタック10に供給される水素供給量を、燃料電池システム100が停止された場所の大気圧に応じて正確に推定することができる。これにより、適切な水素補充時期を燃料電池システム100の使用者に通知して、水素の補充を促すことができるので、システム停止期間中における燃料切れの発生及び単セル1の高電圧劣化を抑制することができる。   Therefore, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 10 during the voltage drop control during the system stop period can be accurately estimated according to the atmospheric pressure at the place where the fuel cell system 100 is stopped. As a result, it is possible to notify the user of the fuel cell system 100 of an appropriate hydrogen replenishment time and promote hydrogen replenishment, thereby suppressing the occurrence of fuel shortage and high voltage deterioration of the single cell 1 during the system stop period. can do.

また、カソード圧力制御弁38及びバイパス制御弁35に高い封止機能を持たせることなくシステム停止期間中における単セル1の高電圧劣化を抑制でき、コストの増加を抑えることができる。   Further, high voltage deterioration of the single cell 1 during the system stop period can be suppressed without giving the cathode pressure control valve 38 and the bypass control valve 35 a high sealing function, and an increase in cost 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.

例えば上記の実施形態では、システム停止時に水素補充時期を通知するようにしていたが、システム停止期間中に例えば携帯端末等にデータを送信して水素補充時期を通知するようにしても良い。   For example, in the above embodiment, the hydrogen replenishment time is notified when the system is stopped. However, the hydrogen replenishment time may be notified by transmitting data to, for example, a portable terminal during the system stop period.

また上記の実施形態では、停止処理を実施した後に水素補充時期を通知するための各種の演算を行うようにしていたが、停止処理によって消費される水素量が予想できる場合であれば、システム停止要求時の高圧水素タンク22の水素量から停止処理による予想水素消費量を引いたものを水素残量として、停止処理と並行して水素補充時期を通知するための各種の演算を行うようにしても良い。   In the above embodiment, various operations for notifying the hydrogen replenishment timing are performed after the stop process is performed. However, if the amount of hydrogen consumed by the stop process can be predicted, the system is stopped. Various calculations for notifying the hydrogen replenishment timing are performed in parallel with the stop process, using the hydrogen amount in the high-pressure hydrogen tank 22 at the time of request minus the expected hydrogen consumption by the stop process as the remaining amount of hydrogen. Also good.

また上記の実施形態では、水素非循環式の燃料電池システム100を例に説明したが、水素循環式の燃料電池システムであっても良い。   In the above embodiment, the hydrogen non-circulation type fuel cell system 100 has been described as an example. However, a hydrogen circulation type fuel cell system may be used.

10 燃料電池スタック
20 燃料ガス給排装置
22 高圧水素タンク(燃料ガス源)
100 燃料電池システム
200 電子制御ユニット(制御装置)
211 アノード圧力センサ
217 電圧センサ
218 タンク圧力センサ(燃料ガス源圧力センサ)
219 大気圧センサ
10 Fuel Cell Stack 20 Fuel Gas Supply / Exhaust Device 22 High Pressure Hydrogen Tank (Fuel Gas Source)
100 Fuel Cell System 200 Electronic Control Unit (Control Device)
211 Anode pressure sensor 217 Voltage sensor 218 Tank pressure sensor (fuel gas source pressure sensor)
219 Atmospheric pressure sensor

Claims (1)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、
燃料ガスを貯蔵するための燃料ガス源を含み、前記燃料電池スタックに対して燃料ガスの給排を行うための燃料ガス給排装置と、
前記燃料電池スタックの電圧であるスタック電圧を検出する電圧センサと、
前記燃料電池スタック内の燃料ガス通路の圧力であるアノード圧力を検出するアノード圧力センサと、
前記燃料ガス源の圧力を検出する燃料ガス源圧力センサと、
大気圧を検出する大気圧センサと、
を備える燃料電池システムの制御装置であって、
前記燃料電池システムの停止期間中に検出したスタック電圧が所定電圧以上であれば、アノード圧力が所定圧力となるように、停止期間中に前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給してスタック電圧を低下させる電圧低下制御を実施する電圧低下制御実施部と、
少なくとも前記燃料ガス源の圧力に基づいて、燃料ガス残量を算出する燃料ガス残量算出部と、
停止期間中に前記電圧低下制御を実施した場合にアノード圧力を前記所定圧力まで昇圧させるために必要な燃料ガス供給量を推定する燃料ガス供給量推定部と、
前記燃料ガス残量と、前記燃料ガス供給量とに基づいて、前記電圧低下制御の実施可能回数を算出する実施可能回数算出部と、
前記実施可能回数と、前記電圧低下制御の実施した後にスタック電圧を前記所定電圧未満に維持できる時間とに基づいて、前記燃料ガス源に燃料ガスの補充が必要になる時期を通知する通知部と、
を備え、
前記燃料ガス供給量推定部は、
前記大気圧センサで検出した大気圧に基づいて前記燃料ガス供給量を推定するか、又は、停止期間中に前記電圧低下制御を実施した場合にアノード圧力を予め設定された基準圧力から前記所定圧力まで昇圧させるために必要な基準燃料ガス供給量を、前記大気圧センサで検出した大気圧に基づいて補正して前記燃料ガス供給量を推定する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A fuel gas supply / discharge device for supplying and discharging fuel gas to and from the fuel cell stack, including a fuel gas source for storing fuel gas;
A voltage sensor for detecting a stack voltage which is a voltage of the fuel cell stack;
An anode pressure sensor that detects an anode pressure that is a pressure of a fuel gas passage in the fuel cell stack;
A fuel gas source pressure sensor for detecting the pressure of the fuel gas source;
An atmospheric pressure sensor for detecting atmospheric pressure;
A control device for a fuel cell system comprising:
If the stack voltage detected during the stop period of the fuel cell system is equal to or higher than a predetermined voltage, the stack voltage is lowered by supplying fuel gas to the fuel cell stack during the stop period so that the anode pressure becomes a predetermined pressure. A voltage drop control execution unit for performing voltage drop control to be performed;
A fuel gas remaining amount calculating section for calculating a fuel gas remaining amount based on at least the pressure of the fuel gas source;
A fuel gas supply amount estimation unit configured to estimate a fuel gas supply amount necessary to increase the anode pressure to the predetermined pressure when the voltage drop control is performed during the stop period;
Based on the fuel gas remaining amount and the fuel gas supply amount, a feasible number calculating unit that calculates the feasible number of times of the voltage drop control;
A notification unit for notifying the fuel gas source of the time when the fuel gas needs to be replenished based on the possible number of times and the time during which the stack voltage can be maintained below the predetermined voltage after the voltage drop control is performed; ,
With
The fuel gas supply amount estimation unit includes:
The fuel gas supply amount is estimated based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor, or when the voltage drop control is performed during a stop period, the anode pressure is set to the predetermined pressure from a preset reference pressure. Correcting the reference fuel gas supply amount necessary for increasing the pressure up to the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor to estimate the fuel gas supply amount,
A control apparatus for a fuel cell system.
JP2014263137A 2014-12-25 2014-12-25 Control device for fuel battery system Pending JP2016122624A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014263137A JP2016122624A (en) 2014-12-25 2014-12-25 Control device for fuel battery system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014263137A JP2016122624A (en) 2014-12-25 2014-12-25 Control device for fuel battery system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016122624A true JP2016122624A (en) 2016-07-07

Family

ID=56327540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014263137A Pending JP2016122624A (en) 2014-12-25 2014-12-25 Control device for fuel battery system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016122624A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224159A (en) * 2018-03-02 2019-09-10 丰田自动车株式会社 Fuel cell system, the moving body for having it and its wind speed deriving method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224159A (en) * 2018-03-02 2019-09-10 丰田自动车株式会社 Fuel cell system, the moving body for having it and its wind speed deriving method
JP2019153445A (en) * 2018-03-02 2019-09-12 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and wind velocity derivation method in fuel cell system
JP6992601B2 (en) 2018-03-02 2022-02-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and method for deriving wind speed in fuel cell system
CN110224159B (en) * 2018-03-02 2022-06-14 丰田自动车株式会社 Fuel cell system, mobile body provided with same, and wind speed derivation method therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5051273B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP4831417B2 (en) Fuel cell system
US7939213B2 (en) Fuel cell system and electric vehicle including the fuel cell system
JP2016122541A (en) Startup method for fuel battery system
JP4761162B2 (en) Fuel cell system
JP4993293B2 (en) Fuel cell system and moving body
KR20090058028A (en) Fuel cell system
JP2008103250A (en) Fuel cell system, and its operation method
KR101809796B1 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JPWO2011036765A1 (en) Fuel cell system
JP2013206625A (en) Fuel cell system
JP2008270047A (en) Fuel cell system
JP2011015580A (en) Fuel cell system and method of controlling the same
JP2013140715A (en) Fuel cell system
JP5164014B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5812423B2 (en) Fuel cell system
JP2018098191A (en) Fuel cell system and method of operating fuel cell system
JP4831437B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5720584B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2016122624A (en) Control device for fuel battery system
JP2016110835A (en) Fuel battery system and control method for the same
US20210257635A1 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2013134866A (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2016134258A (en) Control device for fuel battery system
JP2010157426A (en) Fuel cell system