JP2017143041A - Stop control method of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置、及び前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置を備える燃料電池システムの停止制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell, and an oxidant that supplies the oxidant gas to the fuel cell. The present invention relates to a stop control method for a fuel cell system including a gas supply device.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル(単位セル)が構成されている。通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両(燃料電池電気自動車等)に組み込まれている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one surface of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface. It has. The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators to constitute a power generation cell (unit cell). Usually, a predetermined number of power generation cells are stacked, and for example, they are incorporated in a fuel cell vehicle (fuel cell electric vehicle or the like) as an in-vehicle fuel cell stack.
この種の燃料電池では、発電(運転)が停止されると、前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、アノード電極に前記燃料ガスが残存する一方、カソード電極に前記酸化剤ガスが残存している。このため、燃料電池の停止中に、特にカソード側が高電位に保持されてしまい、電極触媒層が劣化して燃料電池の性能低下が惹起されるという問題がある。 In this type of fuel cell, when power generation (operation) is stopped, the supply of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell is stopped. However, while the fuel gas remains on the anode electrode, The oxidant gas remains. For this reason, there is a problem that the cathode side is held at a high potential during the stoppage of the fuel cell, and the electrode catalyst layer is deteriorated to cause a decrease in the performance of the fuel cell.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に水素(燃料ガス)を供給する水素供給装置と、前記燃料電池に空気(酸化剤ガス)を供給する空気供給装置とを備えている。空気供給装置は、燃料電池の空気入口に連通する空気入口管と、前記燃料電池の空気出口に連通する空気出口管とを備えている。空気入口管には、空気入口遮断弁が設けられるとともに、空気出口管には、空気出口遮断弁が設けられている。
Thus, for example, a fuel cell system disclosed in
そして、燃料電池システムが停止される際には、空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁がともに閉弁される。従って、燃料電池は、外気と遮断されるため、前記燃料電池内への空気の流入が規制される。その際、燃料電池の内部は、酸素を含んだ空気が残存しており、この残存空気中の酸素と水素流路内に残存している水素とが反応し、前記酸素が消費されてO2リーンの状態が維持される。 When the fuel cell system is stopped, both the air inlet shut-off valve and the air outlet shut-off valve are closed. Therefore, since the fuel cell is blocked from the outside air, the inflow of air into the fuel cell is restricted. At that time, oxygen-containing air remains in the fuel cell, oxygen in the remaining air reacts with hydrogen remaining in the hydrogen flow path, and the oxygen is consumed and O 2. The lean state is maintained.
上記の特許文献1では、燃料電池システムの停止指令がなされると、空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁がともに閉弁されることにより、燃料電池のカソード流路が封止されている。しかしながら、停止指令前に、燃料電池システムが高負荷運転を行っている場合等には、封止によりカソード流路側の圧力が急激に低下する。従って、カソード流路の空気圧力とアノード流路の水素圧力との極間差圧が増大し、しかも発電による水素消費がないため、前記極間差圧の過大状態が継続してしまう。このため、特に電解質膜が破損する等の問題がある。
In the above-mentioned
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な制御で、アノード流路側とカソード流路側との極間差圧が増大することを確実に抑制することができ、燃料電池を良好に保護することが可能な燃料電池システムの停止制御方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and it is possible to reliably suppress an increase in the differential pressure between the anode channel side and the cathode channel side with simple control. It is an object of the present invention to provide a stop control method for a fuel cell system that can be protected.
本発明に係る停止制御方法が適用される燃料電池システムは、燃料電池、燃料ガスをアノード流路に供給する燃料ガス供給装置と、酸化剤ガスをカソード流路に供給する酸化剤ガス供給装置と、を備えている。燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極との間で挟持する電解質膜・電極構造体を備えている。そして、アノード流路を介してアノード電極に供給される燃料ガスと、カソード流路を介してカソード電極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により、発電する。 A fuel cell system to which a stop control method according to the present invention is applied includes a fuel cell, a fuel gas supply device that supplies fuel gas to an anode flow channel, and an oxidant gas supply device that supplies oxidant gas to a cathode flow channel. It is equipped with. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure that sandwiches a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode. Then, power is generated by an electrochemical reaction between the fuel gas supplied to the anode electrode via the anode flow path and the oxidant gas supplied to the cathode electrode via the cathode flow path.
この停止制御方法は、燃料電池システムの運転停止要求がなされた際、アノード流路の燃料ガス圧力を検出する工程を有している。検出された燃料ガス圧力が、設定燃料ガス圧力以下であると判断された際、燃料電池システムに発電停止処理を施している。一方、検出された燃料ガス圧力が、設定燃料ガス圧力を上回ると判断された際、発電停止処理の電流値よりも高い電流値で、燃料電池の発電を継続している。 This stop control method includes a step of detecting the fuel gas pressure in the anode flow path when a request for stopping the operation of the fuel cell system is made. When it is determined that the detected fuel gas pressure is equal to or lower than the set fuel gas pressure, the fuel cell system is subjected to power generation stop processing. On the other hand, when it is determined that the detected fuel gas pressure exceeds the set fuel gas pressure, the fuel cell continues to generate power at a current value higher than the current value of the power generation stop process.
また、この停止制御方法では、燃料電池の発電を継続する際、酸化剤ガス供給装置を構成するエアポンプの回転数を、発電停止処理時の電流値に対応する回転数よりも高く設定することが好ましい。 Further, in this stop control method, when the power generation of the fuel cell is continued, the rotation speed of the air pump constituting the oxidant gas supply device can be set higher than the rotation speed corresponding to the current value at the power generation stop process. preferable.
さらに、酸化剤ガス供給装置は、エアポンプから吐出される酸化剤ガスを、燃料電池をバイパスして排出させるバイパス流路を備えることが好ましい。この場合、エアポンプの回転数が高く設定される際、該エアポンプから吐出される酸化剤ガスの一部を、バイパス流路に流通させることが好ましい。 Further, the oxidant gas supply device preferably includes a bypass flow path for discharging the oxidant gas discharged from the air pump by bypassing the fuel cell. In this case, when the rotational speed of the air pump is set high, it is preferable that a part of the oxidant gas discharged from the air pump is circulated through the bypass flow path.
さらにまた、この停止制御方法では、エアポンプの回転数を低下させる際、回生を禁止することが好ましい。 Furthermore, in this stop control method, it is preferable to prohibit regeneration when the rotational speed of the air pump is reduced.
また、酸化剤ガス供給装置は、燃料電池の酸化剤ガス入口及び酸化剤ガス出口に連通する入口封止弁及び出口封止弁を備えることが好ましい。この場合、燃料電池の発電が継続される際、燃料ガス圧力が低下して前記燃料ガス圧力とカソード流路の酸化剤ガス圧力との極間差圧が許容範囲内になった時、入口封止弁及び出口封止弁を閉弁させることが好ましい。 The oxidant gas supply device preferably includes an inlet sealing valve and an outlet sealing valve communicating with the oxidant gas inlet and the oxidant gas outlet of the fuel cell. In this case, when power generation of the fuel cell is continued, when the fuel gas pressure decreases and the inter-electrode differential pressure between the fuel gas pressure and the oxidant gas pressure in the cathode flow path falls within an allowable range, It is preferable to close the stop valve and the outlet sealing valve.
本発明によれば、燃料電池システムの運転停止要求がなされた際、燃料ガス圧力が、発電停止処理を施す基準である設定燃料ガス圧力を上回ると判断された際、前記発電停止処理の電流値よりも高い電流値で、燃料電池の発電が継続される。このため、アノード流路に残存する燃料ガスは、酸化剤ガスとともに発電により消費され、アノード流路側の燃料ガス圧力及びカソード流路側の酸化剤ガス圧力が低下する。従って、カソード流路が封止される際に、カソード流路側の酸化剤ガス圧力とアノード流路側の燃料ガス圧力との極間差圧を減少させることが可能になる。 According to the present invention, when a fuel cell system operation stop request is made, when it is determined that the fuel gas pressure exceeds a set fuel gas pressure that is a reference for performing power generation stop processing, the current value of the power generation stop processing The power generation of the fuel cell is continued at a higher current value. For this reason, the fuel gas remaining in the anode flow path is consumed by power generation together with the oxidant gas, and the fuel gas pressure on the anode flow path side and the oxidant gas pressure on the cathode flow path side are reduced. Therefore, when the cathode flow path is sealed, it is possible to reduce the pressure difference between the oxidant gas pressure on the cathode flow path side and the fuel gas pressure on the anode flow path side.
これにより、簡単な制御で、アノード流路側とカソード流路側との極間差圧が増大することを確実に抑制することができ、例えば、電解質膜の損傷を抑制して燃料電池を良好に保護することが可能になる。 As a result, the increase in the differential pressure between the anode channel side and the cathode channel side can be reliably suppressed with simple control. For example, the fuel cell can be well protected by suppressing damage to the electrolyte membrane. It becomes possible to do.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る停止制御方法が適用される燃料電池システム10は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両(図示せず)に搭載される。
As shown in FIG. 1, a
燃料電池システム10は、燃料電池スタック12を備える。燃料電池スタック12には、燃料ガスである、例えば、水素ガスを供給する燃料ガス供給装置14と、酸化剤ガスである、例えば、空気を供給する酸化剤ガス供給装置16と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置18が設けられる。燃料電池システム10は、さらにエネルギ貯蔵装置であるバッテリ20と、システム制御装置である制御部22とを備える。
The
燃料電池スタック12は、複数の発電セル24が水平方向又は鉛直方向に積層される。発電セル24は、電解質膜・電極構造体26を第1セパレータ28及び第2セパレータ30で挟持する。第1セパレータ28及び第2セパレータ30は、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。
In the
電解質膜・電極構造体26は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜32と、前記固体高分子電解質膜32を挟持するアノード電極34及びカソード電極36とを備える。固体高分子電解質膜32は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質が使用される。
The electrolyte membrane /
第1セパレータ28は、電解質膜・電極構造体26との間に、アノード電極34に水素ガスを供給するための水素ガス流路(燃料ガス流路)38を設ける。第2セパレータ30は、電解質膜・電極構造体26との間に、カソード電極36に空気を供給するための空気流路40を設ける。互いに隣接する第1セパレータ28と第2セパレータ30との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路42が設けられる。
The
燃料電池スタック12には、水素ガス入口44a、水素ガス出口44b、空気入口46a、空気出口46b、冷却媒体入口48a及び冷却媒体出口48bが設けられる。水素ガス入口44aは、各発電セル24の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路38の供給側に連通する。水素ガス出口44bは、各発電セル24の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路38の排出側に連通する。水素ガス流路38、水素ガス入口44a及び水素ガス出口44bにより、アノード流路が構成される。
The
空気入口46aは、各発電セル24の積層方向に貫通するとともに、空気流路40の供給側に連通する。空気出口46bは、各発電セル24の積層方向に貫通するとともに、空気流路40の排出側に連通する。空気流路40、空気入口46a及び空気出口46bにより、カソード流路が構成される。
The
冷却媒体入口48aは、各発電セル24の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路42の供給側に連通する。冷却媒体出口48bは、各発電セル24の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路42の排出側に連通する。
The cooling
燃料ガス供給装置14は、高圧水素を貯留する水素タンク50を備え、この水素タンク50は、水素ガス供給路(燃料ガス供給路)52を介して燃料電池スタック12の水素ガス入口44aに連通する。水素ガス供給路52は、燃料電池スタック12に水素ガスを供給する。
The fuel
水素ガス供給路52には、インジェクタ54及びエゼクタ56が直列に設けられるとともに、前記インジェクタ54及び前記エゼクタ56を跨いでバイパス供給路58が接続される。バイパス供給路58には、BP(バイパス)インジェクタ60が設けられる。BPインジェクタ60は、燃料電池スタック12の始動時や高負荷発電が要求された際等に、高濃度な水素を供給するために使用されるサブインジェクタである一方、インジェクタ54は、通常の発電時に主として使用されるメインインジェクタである。
In the hydrogen
燃料電池スタック12の水素ガス出口44bには、水素ガス排出路(オフガス配管)62が連通する。水素ガス排出路62は、アノード電極34で少なくとも一部が使用された水素ガスである水素排ガスを、燃料電池スタック12から導出する。水素ガス排出路62には、気液分離器64が接続されるとともに、前記気液分離器64の下流から分岐する水素循環流路66を介してエゼクタ56が接続される。水素循環流路66には、水素ポンプ68が設けられる。水素ポンプ68は、特に始動時に、水素ガス排出路62に排出された水素排ガスを、水素循環流路66を通って水素ガス供給路52に循環させる。
A hydrogen gas discharge path (off-gas pipe) 62 communicates with the
水素ガス排出路62の下流には、パージ流路70の一端が連通するとともに、前記パージ流路70の途上には、パージ弁72が設けられる。気液分離器64の底部には、主に液体成分を含む流体を排出する排水流路74の一端が接続される。排水流路74の途上には、ドレイン弁76が配設される。燃料ガス供給装置14は、アノード流路の水素ガス圧力を検出するために、例えば、水素ガス供給路52に水素ガス入口44aの近傍に位置して圧力センサ77を備え、前記圧力センサ77の検出信号が制御部22に送られる。
One end of the purge flow path 70 communicates with the downstream of the hydrogen gas discharge path 62, and a
酸化剤ガス供給装置16は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ78を備え、前記エアポンプ78が空気供給路(酸化剤ガス供給路)80に配設される。空気供給路80は、燃料電池スタック12に空気を供給する。
The oxidant
空気供給路80は、エアポンプ78の下流側に位置して供給側開閉弁(入口封止弁)82a及び加湿器84を配設するとともに、燃料電池スタック12の空気入口46aに連通する。空気供給路80には、加湿器84を跨いでバイパス供給路86が接続される。バイパス供給路86には、開閉弁88が設けられる。
The
燃料電池スタック12の空気出口46bには、空気排出路(酸化剤ガス排出路)90が連通する。空気排出路90には、供給空気と排出空気との間で水分及び熱を交換する加湿器84、排出側開閉弁(出口封止弁)82b及び背圧弁92が配設される。空気排出路90は、カソード電極36で少なくとも一部が使用された空気である排出空気を、燃料電池スタック12から排出する。空気排出路90の下流には、パージ流路70の他端及び排水流路74の他端が接続され、希釈部を構成する。
An air discharge path (oxidant gas discharge path) 90 communicates with the air outlet 46 b of the
空気供給路80と空気排出路90とには、供給側開閉弁82aの上流側と排出側開閉弁82bの下流側及び背圧弁92の下流側とに位置して、バイパス流路94の両端が連通する。バイパス流路94には、前記バイパス流路94を流通する空気の流量を調整するBP流量調整弁96が配設される。空気供給路80と空気排出路90とには、供給側開閉弁82aの下流側及び排出側開閉弁82bの上流側に位置して、空気循環流路98が連通する。空気循環流路98には、循環ポンプ100が配置される。循環ポンプ100は、空気排出路90に排出された排出空気を、空気循環流路98を通って空気供給路80に循環させる。
The
冷却媒体供給装置18は、燃料電池スタック12の冷却媒体入口48aに接続される冷却媒体供給路102を備え、前記冷却媒体供給路102の途上には、水ポンプ104が配置される。冷却媒体供給路102は、ラジエータ106に接続されるとともに、前記ラジエータ106には、冷却媒体出口48bに連通する冷却媒体排出路108が接続される。
The cooling
このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
燃料ガス供給装置14では、水素タンク50から水素ガス供給路52に水素ガスが供給される。この水素ガスは、インジェクタ54及びエゼクタ56を通って燃料電池スタック12の水素ガス入口44aに供給される。水素ガスは、水素ガス入口44aから水素ガス流路38に導入され、前記水素ガス流路38に沿って移動することにより電解質膜・電極構造体26のアノード電極34に供給される。
In the fuel
酸化剤ガス供給装置16では、エアポンプ78の回転作用下に、空気供給路80に空気が送られる。この空気は、加湿器84を通って加湿された後、燃料電池スタック12の空気入口46aに供給される。空気は、空気入口46aから空気流路40に導入され、前記空気流路40に沿って移動することにより電解質膜・電極構造体26のカソード電極36に供給される。
In the oxidant
従って、各電解質膜・電極構造体26では、アノード電極34に供給される水素ガスと、カソード電極36に供給される空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Accordingly, in each electrolyte membrane /
また、冷却媒体供給装置18では、水ポンプ104の作用下に、冷却媒体供給路102から燃料電池スタック12の冷却媒体入口48aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路42に沿って流動し、発電セル24を冷却した後、冷却媒体出口48bから冷却媒体排出路108に排出される。
In the cooling
次いで、アノード電極34に供給されて一部が消費された水素ガスは、水素ガス出口44bから水素ガス排出路62に排出される。水素ガスは、水素ガス排出路62から水素循環流路66に導入され、エゼクタ56の吸引作用下に水素ガス供給路52に循環される。水素ガス排出路62に排出された水素ガスは、必要に応じて、パージ弁72の開放作用下に外部に排出(パージ)される。
Next, the hydrogen gas partially consumed by being supplied to the
同様に、カソード電極36に供給されて一部が消費された空気は、空気出口46bから空気排出路90に排出される。空気は、加湿器84を通って空気供給路80から供給される新たな空気を加湿するとともに、背圧弁92の設定圧力に調整された後、希釈部に排出される。なお、空気排出路90に排出された空気は、必要に応じて、循環ポンプ100の作用下に空気循環流路98を通って空気供給路80に循環する。
Similarly, air that is supplied to the
次いで、本実施形態に係る燃料電池システム10の停止制御方法について、図2に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
Next, a stop control method for the
例えば、イグニッションスイッチ(IG)がオフされて、燃料電池システム10の運転停止要求がなされると(ステップS1中、YES)、ステップS2に進んで、圧力センサ77を介して、アノード流路の水素ガス圧力(燃料ガス圧力)(アノード圧力)が検出される。次に、ステップS3では、制御部22により、検出された水素ガス圧力が、設定水素ガス圧力(設定燃料ガス圧力)と比較される。設定水素ガス圧力は、通常の発電停止処理を施すことが可能な基準圧力である。水素ガス圧力が、設定水素ガス圧力を上回った状態で、発電停止処理に移行すると、カソード流路側が封止された際、水素ガス圧力と前記カソード流路の空気圧力との極間差圧が増大して不具合が発生するおそれがある。
For example, when the ignition switch (IG) is turned off and the operation stop request of the
そこで、検出された水素ガス圧力が、設定水素ガス圧力を上回ると判断された際(ステップS3中、YES)、ステップS4に進んで、燃料電池スタック12からの出力電流(電力)がバッテリ20に充電可能であるか否かが判断される。バッテリ20に充電可能であるか否かは、前記バッテリ20の充電状態、例えば、充電率(SOC)や故障情報等に基づいて判断される。
Therefore, when it is determined that the detected hydrogen gas pressure exceeds the set hydrogen gas pressure (YES in step S3), the process proceeds to step S4, and the output current (electric power) from the
バッテリ20に充電可能であると判断されると(ステップS4中、YES)、ステップS5に進み、水素消費発電処理及びバッテリ充電処理が遂行される。図3に示すように、水素消費発電処理では、発電停止処理(O2リーン)の電流値よりも高い電流値で、燃料電池スタック12の発電を継続している。
If it is determined that the
水素消費発電処理は、燃料電池スタック12のアノード流路に残存する水素ガスと、エアポンプ78の回転作用下に前記燃料電池スタック12のカソード流路に供給される空気とにより、上記の通常発電と同様に行われる。なお、エアポンプ78の回転数は、通常発電時の回転数よりも低く且つ発電停止処理時の回転数よりも高く設定され、発電電流は、通常発電時の発電電流よりも低くなる。燃料電池スタック12から出力される電流は、バッテリ20に充電されることにより、水素消費が促進される。
The hydrogen consuming power generation process includes the above-described normal power generation using the hydrogen gas remaining in the anode flow path of the
ここで、エアポンプ78の回転数が低下される際、前記エアポンプ78の回生を禁止している。通常発電時は、エアポンプ78の回転数が低下される際、モータと同様に回生電力を発生させてバッテリ20に充電することにより、電力効率を向上させている。これに対して、本願の停止制御では、水素ガス圧力を低下させるための発電を継続させるため、できるだけバッテリ20のSOCが上昇しないように、エアポンプ78の回生を禁止している。
Here, when the rotation speed of the
水素消費発電処理により、燃料電池スタック12のアノード流路に残存する水素ガスが消費され、水素ガス圧力が低下する。そして、ステップS3に戻って、検出された水素ガス圧力が、設定燃料ガス圧力以下であると判断された際(ステップS3中、NO)、ステップS6に進んで、発電停止処理が行われる。
By the hydrogen consuming power generation process, the hydrogen gas remaining in the anode flow path of the
発電停止処理は、図1に示すように、供給側開閉弁82a及び排出側開閉弁82bがともに閉弁され、燃料電池スタック12のカソード流路が封止される。そして、エアポンプ78の回転数が、水素消費発電時の回転数よりも低く設定され、発電電流は、前記水素消費発電時の発電電流よりも低くなる。アノード流路からパージされる水素量が減少するため、エアポンプ78の回転数を低下させ、水素を希釈する空気量を減少させている。このため、燃料電池スタック12では、封止されたカソード流路に残存する空気中の酸素と、封止されたアノード流路に残存する水素ガスとが、電気化学反応により消費される。従って、カソード流路では、酸素が希薄な窒素リッチ、すなわち、O2リーンに移行する。
In the power generation stop process, as shown in FIG. 1, both the supply-side on / off valve 82a and the discharge-side on / off
一方、ステップS4において、燃料電池スタック12からの出力電流がバッテリ20に充電可能でないと判断されると(ステップS4中、NO)、ステップS7に進んで、水素消費発電処理及びエアポンプ回転数増加処理が遂行される。エアポンプ回転数増加処理は、エアポンプ78の回転数を増加させることにより、補機負荷を上げて燃料電池スタック12からの出力電流を消費させる処理である。
On the other hand, if it is determined in step S4 that the output current from the
エアポンプ78の回転数を増加させると、燃料電池スタック12のカソード流路に供給される空気量が増加する。そこで、図4に示すように、BP流量調整弁96を制御して、空気供給路80からバイパス流路94に流入する空気量が調整される。これにより、エアポンプ78の回転数の増加により増量された空気は、燃料電池スタック12をバイパスしてバイパス流路94に流入することができる。
When the rotation speed of the
この場合、本実施形態では、イグニッションスイッチ(IG)がオフされた際、アノード流路の水素ガス圧力が、設定水素ガス圧力を上回ると、発電停止処理の電流値よりも高い電流値で、燃料電池スタック12の発電が継続される。このため、水素消費発電処理において、アノード流路に残存する水素ガスは、空気中の酸素とともに発電により消費され、アノード流路側の水素ガス圧力及びカソード流路側の空気圧力が低下する。
In this case, in this embodiment, when the ignition switch (IG) is turned off, if the hydrogen gas pressure in the anode flow path exceeds the set hydrogen gas pressure, the fuel value is higher than the current value of the power generation stop process. The power generation of the
従って、図3に示すように、発電停止処理に移行してカソード流路が封止される際に、前記カソード流路側の空気圧力とアノード流路側の水素圧力との極間差圧を減少させることが可能になる。これにより、簡単な制御で、アノード流路側とカソード流路側との極間差圧が増大することを確実に抑制することができ、例えば、固体高分子電解質膜32の損傷を抑制して燃料電池スタック12を良好に保護することが可能になるという効果が得られる。
Therefore, as shown in FIG. 3, when the cathode flow path is sealed after shifting to the power generation stop process, the inter-electrode differential pressure between the air pressure on the cathode flow path side and the hydrogen pressure on the anode flow path side is reduced. It becomes possible. Thereby, it is possible to reliably suppress an increase in the differential pressure between the anode channel side and the cathode channel side with simple control. For example, it is possible to suppress damage to the solid
さらに、水素消費発電処理時に出力される電流は、可能であれば、バッテリ20に充電されて発電の負荷を上げることができ、水素消費量を増加させることが可能になる。一方、水素消費発電処理時に出力される電流は、エアポンプ78の回転数を増加させるために用いることができ、補機負荷を上げて水素消費量を増加させることが可能になる。このため、水素消費発電処理が迅速且つ効率的に遂行される。
Further, if possible, the current output during the hydrogen consumption power generation process can be charged in the
さらにまた、エアポンプ78の回転数が増加される際には、BP流量調整弁96を制御して、空気供給路80からバイパス流路94に流入する空気量が調整される。従って、燃料電池スタック12のカソード流路には、必要以上の空気が供給されることがなく、電解質膜・電極構造体26を構成する固体高分子電解質膜32が乾燥することを良好に抑制することができる。
Furthermore, when the rotation speed of the
10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14…燃料ガス供給装置 16…酸化剤ガス供給装置
18…冷却媒体供給装置 20…バッテリ
22…制御部 24…発電セル
26…電解質膜・電極構造体 28、30…セパレータ
32…固体高分子電解質膜 34…アノード電極
36…カソード電極 38…水素ガス流路
40…空気流路 50…水素タンク
52…水素ガス供給路 78…エアポンプ
80…空気供給路 82a…供給側開閉弁
82b…排出側開閉弁 84…加湿器
90…空気排出路 92…背圧弁
94…バイパス流路 96…BP流量調整弁
98…空気循環流路 100…循環ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料ガスを前記アノード流路に供給する燃料ガス供給装置と、
前記酸化剤ガスを前記カソード流路に供給する酸化剤ガス供給装置と、
を備える燃料電池システムの停止制御方法であって、
前記燃料電池システムの運転停止要求がなされた際、前記アノード流路の燃料ガス圧力を検出する工程と、
検出された前記燃料ガス圧力が、設定燃料ガス圧力以下であると判断された際、前記燃料電池システムに発電停止処理を施す工程と、
検出された前記燃料ガス圧力が、前記設定燃料ガス圧力を上回ると判断された際、前記発電停止処理の電流値よりも高い電流値で、前記燃料電池の発電を継続する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 Provided with an electrolyte membrane / electrode structure for sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode, a fuel gas supplied to the anode electrode via an anode channel, and a cathode channel A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction with an oxidant gas supplied to the cathode electrode;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the anode channel;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the cathode channel;
A stop control method for a fuel cell system comprising:
A step of detecting a fuel gas pressure in the anode channel when an operation stop request of the fuel cell system is made;
When it is determined that the detected fuel gas pressure is equal to or lower than a set fuel gas pressure, a step of performing a power generation stop process on the fuel cell system;
Continuing the power generation of the fuel cell at a current value higher than the current value of the power generation stop process when it is determined that the detected fuel gas pressure exceeds the set fuel gas pressure;
A stop control method for a fuel cell system, comprising:
前記エアポンプの回転数が高く設定される際、該エアポンプから吐出される前記酸化剤ガスの一部を、前記バイパス流路に流通させることを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 3. The stop control method according to claim 2, wherein the oxidant gas supply device includes a bypass flow path for bypassing the fuel cell and discharging the oxidant gas discharged from the air pump.
A stop control method for a fuel cell system, wherein when the rotation speed of the air pump is set high, a part of the oxidant gas discharged from the air pump is circulated through the bypass passage.
前記燃料電池の発電が継続される際、前記燃料ガス圧力が低下して該前記燃料ガス圧力と前記カソード流路の酸化剤ガス圧力との極間差圧が許容範囲内になった時、前記入口封止弁及び前記出口封止弁を閉弁させることを特徴とする燃料電池システムの停止制御方法。 The stop control method according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxidant gas supply device includes an inlet sealing valve and an outlet communicating with an oxidant gas inlet and an oxidant gas outlet of the fuel cell. With a sealing valve,
When the power generation of the fuel cell is continued, when the fuel gas pressure decreases and the pressure difference between the fuel gas pressure and the oxidant gas pressure of the cathode flow path falls within an allowable range, A stop control method for a fuel cell system, wherein an inlet sealing valve and the outlet sealing valve are closed.
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