JP2018010808A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system 1 in which reduction of generation efficiency is suppressed, while suppressing short supply of air to multiple cells 10a.SOLUTION: In a fuel cell 10, an air additional supply pipe 14a supplies air additionally to multiple cells 10a of a third group 10C. An air additional supply pipe 14b supplies air additionally to multiple cells 10a of a second group 10B. An electronic controller 50 controls flow adjustment valves 15a, 15b to switch from any one of normal operation, first air addition operation, second air addition operation and third air addition operation to another operation. Normal operation is an operation for supplying air to the multiple cells 10a by an inlet manifold 12. The first-third air addition operations are operations for supplying air to the multiple cells 10a by the inlet manifold 12 and any one of the air additional supply pipes 14a, 14b.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

従来、燃料電池システムでは、燃料電池のガス供給の遅れを推定し、この推定に基づいて実際のガス供給の遅れを補正するための目標出力を算出するとともに、この算出された目標出力に燃料電池の実際の出力を近づけるようにガス供給量を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, in a fuel cell system, a delay in gas supply of the fuel cell is estimated, a target output for correcting the delay in actual gas supply is calculated based on the estimation, and the fuel cell is calculated based on the calculated target output. There is one that controls the gas supply amount so as to bring the actual output closer (see, for example, Patent Document 1).

このものにおいて、燃料電池に対するガス供給量を制御して目標出力に燃料電池の実際の出力を近づけることにより、燃料電池の出力の低下を抑制することが可能になる。   In this case, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell by controlling the gas supply amount to the fuel cell to bring the actual output of the fuel cell closer to the target output.

特開２００６−９２９４８号公報JP 2006-92948 A

上述の燃料電池システムでは、燃料電池に対するガス供給量を制御して目標出力に燃料電池の実際の出力を近づけることにより、燃料電池の出力低下を抑制することができるものの、必要最低限以上の流量のガスを燃料電池に供給して、発電効率を低下させる恐れがある。   In the fuel cell system described above, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell by controlling the gas supply amount to the fuel cell and bringing the actual output of the fuel cell closer to the target output, but the flow rate is more than the minimum necessary. The gas may be supplied to the fuel cell to reduce power generation efficiency.

本発明は上記点に鑑みて、酸化剤ガスの供給不足を抑えつつ、発電効率の低下を抑えるようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which a decrease in power generation efficiency is suppressed while suppressing supply shortage of oxidant gas.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸素を含む酸化剤ガスと水素を含む燃料ガスを電気化学反応させて電気エネルギを発生させるセル（１０ａ）を複数積層されてなる燃料電池（１０）を備え、
燃料電池は、セルの積層方向に延びるように形成されて、かつ供給元（１７）からの酸化剤ガスが入る入口（１２ａ）を積層方向の一方側に形成してなり、入口に供給される酸化剤ガスを複数のセルに分配する入口マニホールド（１２）を備える燃料電池システムであって、
複数のセルのうち積層方向の一方側の複数のセルをバイパスして積層方向の他方側の複数のセルに対して供給元からの酸化剤ガスを追加供給する１つ以上の空気追加供給部（１４ａ、１４ｂ、１４Ｘ、１４Ｙ）と、
供給元および吹出口の間に形成される酸化剤ガスの流路を開閉する弁体（１５ａ、１５ｂ）と、
弁体によって酸化剤ガスの流路を閉じて入口マニホールドおよび空気追加供給部のうち入口マニホールドによって複数のセルに酸化剤ガスを供給する通常運転と、弁体によって酸化剤ガスの流路を開けて入口マニホールドおよび空気追加供給部によって複数のセルに酸化剤ガスを供給するガス追加供給運転とを切り替えて実施する切替制御部（Ｓ１１５、Ｓ１２５、Ｓ１３５、Ｓ１１５Ａ、Ｓ１３５Ａ）と、を備える。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the fuel is formed by stacking a plurality of cells (10a) for generating electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas containing oxygen and a fuel gas containing hydrogen. A battery (10),
The fuel cell is formed so as to extend in the cell stacking direction, and has an inlet (12a) into which an oxidant gas from a supply source (17) enters on one side in the stacking direction, and is supplied to the inlet. A fuel cell system comprising an inlet manifold (12) for distributing oxidant gas to a plurality of cells,
One or more additional air supply sections (bypassing a plurality of cells on one side in the stacking direction among the plurality of cells and additionally supplying an oxidant gas from the supply source to the plurality of cells on the other side in the stacking direction) 14a, 14b, 14X, 14Y),
Valve bodies (15a, 15b) for opening and closing the flow path of the oxidant gas formed between the supply source and the outlet;
Normal operation of closing the oxidant gas flow path by the valve body and supplying oxidant gas to multiple cells by the inlet manifold of the inlet manifold and additional air supply unit, and opening the oxidant gas flow path by the valve body And a switching control unit (S115, S125, S135, S115A, S135A) that switches and performs an additional gas supply operation for supplying an oxidant gas to a plurality of cells by an inlet manifold and an additional air supply unit.

請求項１に記載の発明によれば、通常運転の実施によって必要最低限以上の流量のガスを燃料電池に供給することを抑えることができる。ガス追加供給運転の実施によって酸化剤ガスの供給不足を抑えることができる。これにより、酸化剤ガスの供給不足を抑えつつ、発電効率の低下を抑えるようにした燃料電池システムを提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress supply of a gas having a flow rate more than the minimum necessary to the fuel cell by performing the normal operation. By performing the additional gas supply operation, it is possible to suppress an insufficient supply of the oxidant gas. Accordingly, it is possible to provide a fuel cell system that suppresses a decrease in power generation efficiency while suppressing an insufficient supply of oxidant gas.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 第１実施形態における燃料電池を構成するセルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the cell which comprises the fuel cell in 1st Embodiment. 第１実施形態における燃料電池および空気追加供給管の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the fuel cell and air additional supply pipe | tube in 1st Embodiment. 第１実施形態における燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the fuel cell system in 1st Embodiment. 図３の燃料電池において、セル電圧とストイキ比との関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between cell voltage and stoichiometric ratio in the fuel cell of FIG. 3. 図３の燃料電池において、縦軸を虚軸として、横軸を実軸としたセル毎のインピーダンスを示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the impedance of each cell in the fuel cell of FIG. 図４の電子制御装置の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the electronic control apparatus of FIG. 本発明の第２実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the fuel cell system in 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態における燃料電池システムの空気追加供給管の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the additional air supply pipe | tube of the fuel cell system in 2nd Embodiment. 第２実施形態における電子制御装置の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the electronic controller in 2nd Embodiment. 本発明の第３実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the fuel cell system in 3rd Embodiment of this invention. 第３実施形態における空気入口マニホールドおよび空気追加供給管の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the air inlet manifold and air additional supply pipe | tube in 3rd Embodiment. 第３実施形態における空気入口マニホールドおよび空気追加供給管の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the air inlet manifold and air additional supply pipe | tube in 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

（第１実施形態）
以下、本発明に係る燃料電池システム１の第１実施形態について図に基づいて説明する。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a fuel cell system 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態の燃料電池システム１は、電気自動車の一種である燃料電池車両に適用されて、車両に搭載された燃料電池１０の発電状態を制御するものである。   The fuel cell system 1 of this embodiment is applied to a fuel cell vehicle that is a kind of electric vehicle, and controls the power generation state of the fuel cell 10 mounted on the vehicle.

燃料電池１０は、水素ガスを含む燃料ガスと酸素ガスを含む酸化剤ガス（本例では、空気）といった反応ガスの電気化学反応を利用して電気エネルギを出力するものである。本実施形態では、燃料電池１０としては、固体高分子型燃料電池が採用されている。   The fuel cell 10 outputs electrical energy by utilizing an electrochemical reaction of a reactive gas such as a fuel gas containing hydrogen gas and an oxidant gas (air in this example) containing oxygen gas. In the present embodiment, a solid polymer fuel cell is employed as the fuel cell 10.

燃料電池１０は、発電により発生した直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータ（図示省略）を介して主に車両走行用電動モータや二次電池といった電気負荷２０に供給する。   The fuel cell 10 supplies direct-current power generated by power generation mainly to an electric load 20 such as a vehicle driving electric motor or a secondary battery via a DC-DC converter (not shown).

本実施形態の燃料電池１０は、最小単位となるセル１０ａが複数積層された燃料電池スタックを構成している。燃料電池１０は、複数のセル１０ａを電気的に直列接続した直列接続体として構成されている。   The fuel cell 10 of the present embodiment constitutes a fuel cell stack in which a plurality of cells 10a serving as a minimum unit are stacked. The fuel cell 10 is configured as a series connection body in which a plurality of cells 10a are electrically connected in series.

複数のセル１０ａは、図２の断面図に示すように、電解質膜１０１の両側を一対の触媒層１０２ａ、１０２ｂで挟んで構成される膜電極接合体１００、膜電極接合体１００の両側に配置された一対の拡散層１０３ａ、１０３ｂ、これらを挟持するセパレータ１１０ａ、１１０ｂで構成されている。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the plurality of cells 10a are arranged on both sides of the membrane electrode assembly 100 and the membrane electrode assembly 100 configured by sandwiching both sides of the electrolyte membrane 101 between a pair of catalyst layers 102a and 102b. The pair of diffusion layers 103a and 103b and separators 110a and 110b sandwiching them are configured.

電解質膜１０１は、含水性を有するフッ素系や炭化水素系等の高分子材料により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。   The electrolyte membrane 101 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a polymer material such as a fluorine-based or hydrocarbon-based material having water content.

一対の触媒層１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ電極をなすもので、アノード電極を構成するアノード側触媒層１０２ａ、およびカソード電極を構成するカソード側触媒層１０２ｂで構成されている。   Each of the pair of catalyst layers 102a and 102b constitutes an electrode, and includes an anode side catalyst layer 102a constituting an anode electrode and a cathode side catalyst layer 102b constituting a cathode electrode.

触媒層１０２ａ、１０２ｂは、図は省略するが、触媒作用を発揮する物質（例えば、白金粒子）１０２ｃ、当該物質１０２ｃを担持する担持カーボン１０２ｄ、担持カーボン１０２ｄを被覆するアイオノマー（電解質ポリマー）１０２ｅで構成されている。   Although not shown, the catalyst layers 102a and 102b are made of a substance (for example, platinum particles) 102c that exhibits a catalytic action, a supported carbon 102d that supports the substance 102c, and an ionomer (electrolyte polymer) 102e that covers the supported carbon 102d. It is configured.

拡散層１０３ａ、１０３ｂは、反応ガスを各触媒層１０２ａ、１０２ｂへ拡散させるもので、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質部材（例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス）で構成されている。   The diffusion layers 103a and 103b diffuse reaction gas to the catalyst layers 102a and 102b, and are composed of a porous member (for example, carbon paper, carbon cloth) having gas permeability and electron conductivity.

セパレータ１１０ａ、１１０ｂは、例えば、導電性を有するカーボン製の基材で構成されている。セパレータ１１０ａには、アノード側触媒層１０２ａに対向する部位に、水素入口部２２ａからの燃料ガスが流れる水素流路１１１ａが形成されている。セパレータ１１０ｂには、カソード側触媒層１０２ｂに対向する部位に、空気入口マニホルド１２からの酸化剤ガスが流れる空気流路１１１ｂが形成されている。   Separator 110a, 110b is comprised by the carbon-made base material which has electroconductivity, for example. In the separator 110a, a hydrogen channel 111a through which the fuel gas from the hydrogen inlet 22a flows is formed at a portion facing the anode side catalyst layer 102a. In the separator 110b, an air flow path 111b through which the oxidant gas from the air inlet manifold 12 flows is formed at a portion facing the cathode side catalyst layer 102b.

複数のセル１０ａは、それぞれ、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、以下に示すように、水素ガスおよび酸素ガスの電気化学反応により、電気エネルギを出力する。   When the fuel gas and the oxidant gas are respectively supplied to the plurality of cells 10a, as shown below, the cells 10a output electric energy by an electrochemical reaction of hydrogen gas and oxygen gas.

（アノード側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（カソード側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
本実施形態の複数のセル１０ａは、ターミナル１１ｘとターミナル１１ｙとの間に挟まれている。 (Anode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Cathode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The plurality of cells 10a of this embodiment are sandwiched between the terminal 11x and the terminal 11y.

ターミナル１１ｘは、複数のセル１０ａを１つの電池とみなしたときのプラス電極である。ターミナル１１ｘは、複数のセル１０ａに対して積層方向一方側に配置されている。ターミナル１１ｙは、複数のセル１０ａを１つの電池とみなしたときのマイナス電極である。ターミナル１１ｙは、複数のセル１０ａに対して積層方向他方側に配置されている。   The terminal 11x is a positive electrode when the plurality of cells 10a are regarded as one battery. The terminal 11x is arranged on one side in the stacking direction with respect to the plurality of cells 10a. The terminal 11y is a negative electrode when the plurality of cells 10a are regarded as one battery. The terminal 11y is arranged on the other side in the stacking direction with respect to the plurality of cells 10a.

本実施形態の電気負荷２０としては、走行用電動モータや車載空調装置等の電気機器が採用されている。なお、以下、説明の便宜上、燃料電池１０において複数のセル１０ａが積層される方向を積層方向という。   As the electric load 20 of the present embodiment, an electric device such as a traveling electric motor or an in-vehicle air conditioner is employed. Hereinafter, for convenience of explanation, a direction in which the plurality of cells 10a are stacked in the fuel cell 10 is referred to as a stacking direction.

本実施形態の複数のセル１０ａは、第１グループ１０Ａ、第２グループ１０Ｂ、および第３グループ１０Ｃに分けられている。   The plurality of cells 10a of the present embodiment are divided into a first group 10A, a second group 10B, and a third group 10C.

第１グループ１０Ａは、燃料電池１０のうち積層方向一方側に配置されている複数のセル１０ａを備えるグループである入口側グループである。   The first group 10A is an inlet-side group that is a group including a plurality of cells 10a arranged on one side in the stacking direction of the fuel cells 10.

第２グループ１０Ｂは、燃料電池１０のうち第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに対して積層方向他方側に配置されている複数のセル１０ａを備える奥側グループである。   The second group 10B is a back side group including a plurality of cells 10a arranged on the other side in the stacking direction with respect to the plurality of cells 10a of the first group 10A in the fuel cell 10.

第３グループ１０Ｃは、燃料電池１０のうち、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａおよび第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに対して積層方向他方側に配置されている複数のセル１０ａを備える奥側グループである。   The third group 10C includes a plurality of cells 10a arranged on the other side in the stacking direction with respect to the plurality of cells 10a of the first group 10A and the plurality of cells 10a of the second group 10B. It is a side group.

以下、説明の便宜上、第１グループ１０Ａ、第２グループ１０Ｂ、第３グループ１０Ｃを総称して第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃという。第１グループ１０Ａ、第２グループ１０Ｂを総称して第１、第２グループ１０Ａ、１０Ｂという。第２グループ１０Ｂ、第３グループ１０Ｃを総称して
第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃという。 Hereinafter, for convenience of explanation, the first group 10A, the second group 10B, and the third group 10C are collectively referred to as the first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C. The first group 10A and the second group 10B are collectively referred to as the first and second groups 10A and 10B. The second group 10B and the third group 10C are collectively referred to as the second and third groups 10B and 10C.

ここで、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａは、燃料電池１０のうち最も積層方向一方側に配置されている。第３グループ１０Ｂの複数のセル１０ａは、燃料電池１０のうち最も積層方向他方側に配置されている。第２グループ１０Ａの複数のセル１０ａは、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａと第３グループ１０Ｂの複数のセル１０ａとの間に配置されている。   Here, the plurality of cells 10 a of the first group 10 </ b> A are disposed on the one side in the stacking direction of the fuel cells 10. The plurality of cells 10 a of the third group 10 </ b> B are arranged on the other side in the stacking direction among the fuel cells 10. The plurality of cells 10a in the second group 10A are arranged between the plurality of cells 10a in the first group 10A and the plurality of cells 10a in the third group 10B.

つまり、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａ、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａ、および第３グループ１０Ｂの複数のセル１０ａは、グループ毎に、積層方向に並べられている。   That is, the plurality of cells 10a in the first group 10A, the plurality of cells 10a in the second group 10B, and the plurality of cells 10a in the third group 10B are arranged in the stacking direction for each group.

なお、第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、グループ毎に、燃料電池１０の複数のセル１０ａ全体の個数を三等分した個数の複数のセル１０ａを有して構成されている。   The first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C are configured to have a plurality of cells 10a, each of which is obtained by dividing the total number of the plurality of cells 10a of the fuel cell 10 into three equal parts. ing.

燃料電池１０は、空気入口マニホルド１２、空気出口マニホルド１３、空気追加供給管１４ａ、１４ｂ、流量調整弁１５ａ、１５ｂ、背圧調整弁１６、およびポンプ１７を備える。   The fuel cell 10 includes an air inlet manifold 12, an air outlet manifold 13, additional air supply pipes 14 a and 14 b, flow rate adjusting valves 15 a and 15 b, a back pressure adjusting valve 16, and a pump 17.

空気入口マニホルド１２は、ターミナル１１ｘおよび複数のセル１０ａに対して積層方向に貫通して積層方向に延びるように形成されている貫通孔である。空気入口マニホルド１２は、空気入口１２ａから流れる空気を第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａに分配する。空気入口１２ａは、ターミナル１１ｘに形成されている。つまり、空気入口１２ａは、燃料電池１０のうち積層方向一方側に形成されている。空気入口マニホルド１２のうち積層方向他方側は、ターミナル１１ｙによって塞がれている。   The air inlet manifold 12 is a through hole formed so as to penetrate the terminal 11x and the plurality of cells 10a in the stacking direction and extend in the stacking direction. The air inlet manifold 12 distributes the air flowing from the air inlet 12a to the plurality of cells 10a of the first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C. The air inlet 12a is formed in the terminal 11x. That is, the air inlet 12a is formed on one side of the fuel cell 10 in the stacking direction. The other side in the stacking direction of the air inlet manifold 12 is closed by the terminal 11y.

ここで、説明の便宜上、空気入口マニホルド１２のうち第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに対応する領域を第１マニホルド部１２Ａとする。空気入口マニホルド１２のうち第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに対応する領域を第２マニホルド部１２Ｂとする。空気入口マニホルド１２のうち第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに対応する領域を第３マニホルド部１２Ｃとする。   Here, for convenience of explanation, a region corresponding to the plurality of cells 10a of the first group 10A in the air inlet manifold 12 is defined as a first manifold portion 12A. The area | region corresponding to the some cell 10a of the 2nd group 10B among the air inlet manifolds 12 is made into the 2nd manifold part 12B. A region corresponding to the plurality of cells 10a of the third group 10C in the air inlet manifold 12 is defined as a third manifold portion 12C.

空気入口マニホルド１２の空気入口１２ａおよびポンプ１７の間には、空気供給配管２０ａが接続されている。   An air supply pipe 20 a is connected between the air inlet 12 a of the air inlet manifold 12 and the pump 17.

空気出口マニホルド１３は、ターミナル１１ｘおよび複数のセル１０ａに対して積層方向に貫通する貫通孔である。空気出口マニホルド１３は、複数のセル１０ａを通過した空気を集めて空気出口１３ａから排出する。空気出口１３ａは、ターミナル１１ｘに形成されている。つまり、空気出口１３ａは、燃料電池１０のうち積層方向一方側に形成されている。空気出口マニホルド１３のうち積層方向他方側は、ターミナル１１ｙによって塞がれている。   The air outlet manifold 13 is a through hole that penetrates the terminal 11x and the plurality of cells 10a in the stacking direction. The air outlet manifold 13 collects the air that has passed through the plurality of cells 10a and discharges it from the air outlet 13a. The air outlet 13a is formed in the terminal 11x. That is, the air outlet 13a is formed on one side of the fuel cell 10 in the stacking direction. The other side in the stacking direction of the air outlet manifold 13 is closed by the terminal 11y.

空気出口１３ａには、空気出口マニホルド１３から排出される生成水や不純物を空気とともに外部へ排出するための空気排気管２０ｂが接続されている。背圧調整弁１６は、空気排気管２０ｂのうち空気が排出される空気排出路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。   An air exhaust pipe 20b is connected to the air outlet 13a for discharging generated water and impurities discharged from the air outlet manifold 13 to the outside together with air. The back pressure adjustment valve 16 is composed of a valve body that adjusts the opening degree of an air discharge path through which air is discharged in the air exhaust pipe 20b, and an electric actuator that drives the valve body.

空気追加供給管１４ａは、ポンプ１７から供給される空気を第１、第２グループ１０Ａ、１０Ｂの複数のセル１０ａをバイパスして第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに追加供給する。   The additional air supply pipe 14a additionally supplies the air supplied from the pump 17 to the plurality of cells 10a of the third group 10C, bypassing the plurality of cells 10a of the first and second groups 10A and 10B.

具体的には、空気追加供給管１４ａは、空気入口マニホルド１２のうち第１、第２マニホルド部１２Ａ、１２Ｂ内に配置されている。空気追加供給管１４ａの空気入口は、空気入口マニホルド１２の空気入口１２ａから積層方向一方側に突出している。空気追加供給管１４ａの吹出口１４ｃは、空気入口マニホルド１２のうち第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに対して積層方向一方側に位置する。   Specifically, the additional air supply pipe 14 a is disposed in the first and second manifold portions 12 </ b> A and 12 </ b> B of the air inlet manifold 12. The air inlet of the additional air supply pipe 14a protrudes from the air inlet 12a of the air inlet manifold 12 to one side in the stacking direction. The air outlet 14c of the additional air supply pipe 14a is located on one side in the stacking direction with respect to the plurality of cells 10a of the third group 10C in the air inlet manifold 12.

空気追加供給管１４ａの空気入口およびポンプ１７の間には、空気追加供給配管２０ｃが接続されている。流量調整弁１５ａは、空気追加供給配管２０ｃの空気流路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。流量調整弁１５ａは、空気追加供給配管２０ｃに流れる空気量を調整する弁である。   An additional air supply pipe 20 c is connected between the air inlet of the additional air supply pipe 14 a and the pump 17. The flow rate adjusting valve 15a includes a valve body that adjusts the opening degree of the air flow path of the additional air supply pipe 20c, and an electric actuator that drives the valve body. The flow rate adjustment valve 15a is a valve that adjusts the amount of air flowing through the additional air supply pipe 20c.

空気追加供給管１４ｂは、ポンプ１７から供給される空気を第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａをバイパスして第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに追加供給する。   The additional air supply pipe 14b additionally supplies the air supplied from the pump 17 to the plurality of cells 10a of the second group 10B, bypassing the plurality of cells 10a of the first group 10A.

具体的には、空気追加供給管１４ｂは、空気入口マニホルド１２のうち第１マニホルド部１２Ａ内に配置されている。空気追加供給管１４ｂの空気入口は、空気入口マニホルド１２の空気入口１２ａから積層方向一方側に突出している。空気追加供給管１４ｂの吹出口１４ｄは、空気入口マニホルド１２のうち第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに対して積層方向一方側に位置する。   Specifically, the additional air supply pipe 14 b is disposed in the first manifold portion 12 </ b> A of the air inlet manifold 12. The air inlet of the additional air supply pipe 14b protrudes from the air inlet 12a of the air inlet manifold 12 to one side in the stacking direction. The air outlet 14d of the additional air supply pipe 14b is located on one side in the stacking direction with respect to the plurality of cells 10a of the second group 10B in the air inlet manifold 12.

空気追加供給管１４ｂの空気入口およびポンプ１７の間には、空気追加供給配管２０ｄが接続されている。流量調整弁１５ｂは、空気追加供給配管２０ｄの空気流路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。流量調整弁１５ｂは、空気追加供給配管２０ｄに流れる空気量を調整する弁である。   An additional air supply pipe 20 d is connected between the air inlet of the additional air supply pipe 14 b and the pump 17. The flow rate adjusting valve 15b includes a valve body that adjusts the opening degree of the air flow path of the additional air supply pipe 20d, and an electric actuator that drives the valve body. The flow rate adjustment valve 15b is a valve that adjusts the amount of air flowing through the additional air supply pipe 20d.

なお、本実施形態の空気追加供給管１４ａ、１４ｂは、複数のセル１０ａを積層した後に空気入口マニホルド１２内に挿入されたものである（図３参照）。   The additional air supply pipes 14a and 14b of the present embodiment are inserted into the air inlet manifold 12 after stacking the plurality of cells 10a (see FIG. 3).

また、燃料電池１０のターミナル１１ｙには、水素入口部２２ａと水素出口部２２ｂとが設けられている。   The terminal 11y of the fuel cell 10 is provided with a hydrogen inlet portion 22a and a hydrogen outlet portion 22b.

水素入口部２２ａは、複数のセル１０ａに燃料ガスを供給するガス入口部を構成している。水素出口部２２ｂは、複数のセル１０ａから未反応水素等を排出させるガス出口部を構成している。   The hydrogen inlet 22a constitutes a gas inlet that supplies fuel gas to the plurality of cells 10a. The hydrogen outlet portion 22b constitutes a gas outlet portion that discharges unreacted hydrogen and the like from the plurality of cells 10a.

ここで、ターミナル１１ｙには、水素入口部２２ａに水素を供給するための水素供給流路を有する水素供給配管３０が接続されている。ターミナル１１ｙには、水素出口部２２ｂから微量な未反応水素等を外部へ排出するための水素排出流路を備える水素排出配管３１が接続されている。   Here, a hydrogen supply pipe 30 having a hydrogen supply flow path for supplying hydrogen to the hydrogen inlet portion 22a is connected to the terminal 11y. Connected to the terminal 11y is a hydrogen discharge pipe 31 having a hydrogen discharge channel for discharging a small amount of unreacted hydrogen and the like from the hydrogen outlet 22b to the outside.

水素供給配管３０の最上流部には、高圧水素が充填された水素タンク３２が設けられている。水素排出配管３１は、気液分離器３４および循環ポンプ３５を介して水素供給配管３０に接続されている。気液分離器３４は、反応水等の廃液と未反応水素等の気体とを分離する。   A hydrogen tank 32 filled with high-pressure hydrogen is provided at the most upstream part of the hydrogen supply pipe 30. The hydrogen discharge pipe 31 is connected to the hydrogen supply pipe 30 via a gas-liquid separator 34 and a circulation pump 35. The gas-liquid separator 34 separates waste liquid such as reaction water and gas such as unreacted hydrogen.

気液分離器３４のうち未反応水素等の気体を排出する出口３４ａは、循環ポンプ３５に接続されている。気液分離器３４のうち反応水等の廃液を排出する出口３４ｂは、排気弁３６が接続されている。排気弁３６は、気液分離器３４の出口３４ｂを開閉する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。このため、気液分離器３４は、排気弁３６とともに、反応水等の廃液を水素排出配管３１から排出させる。   An outlet 34 a for discharging a gas such as unreacted hydrogen in the gas-liquid separator 34 is connected to a circulation pump 35. An exhaust valve 36 is connected to an outlet 34 b that discharges waste liquid such as reaction water in the gas-liquid separator 34. The exhaust valve 36 includes a valve body that opens and closes the outlet 34b of the gas-liquid separator 34 and an electric actuator that drives the valve body. For this reason, the gas-liquid separator 34 discharges waste liquid such as reaction water from the hydrogen discharge pipe 31 together with the exhaust valve 36.

循環ポンプ３５は、水素排出配管３１および水素供給配管３０の間で燃料ガスを循環させる流れを発生させる電動ポンプである。   The circulation pump 35 is an electric pump that generates a flow for circulating the fuel gas between the hydrogen discharge pipe 31 and the hydrogen supply pipe 30.

水素供給配管３０および水素排出配管３１の接続部３０ａと水素タンク３２との間には、インジェクタ３７が配置されている。インジェクタ３７は、水素供給配管３０のうち水素が流れる水素流路の開度を調整する弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとから構成されている。   An injector 37 is disposed between the connection part 30 a of the hydrogen supply pipe 30 and the hydrogen discharge pipe 31 and the hydrogen tank 32. The injector 37 includes a valve body that adjusts the opening degree of a hydrogen flow path through which hydrogen flows in the hydrogen supply pipe 30 and an electric actuator that drives the valve body.

なお、図３において、符号４０ａは、複数のセル１０ａに燃料ガスを分配する水素入口マニホルドである。符号４０ｂは、複数のセル１０ａからの燃料ガスを集合させる水素出口マニホルドである。符号４１ａ、４１ｂは、冷却水を流通させる冷却水流路である。   In FIG. 3, reference numeral 40a denotes a hydrogen inlet manifold that distributes fuel gas to the plurality of cells 10a. Reference numeral 40b denotes a hydrogen outlet manifold that collects fuel gases from the plurality of cells 10a. Reference numerals 41a and 41b are cooling water passages for circulating cooling water.

次に、本実施形態の燃料電池システム１の電気的構成について図４を参照して説明する。   Next, the electrical configuration of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

燃料電池システム１は、電子制御装置５０、電圧センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃの検出値、電流センサ５２、および交流電源５３を備える。   The fuel cell system 1 includes an electronic control device 50, detection values of voltage sensors 51a, 51b, 51c, a current sensor 52, and an AC power source 53.

電子制御装置５０は、マイクロコンピュータやメモリ等から構成されて、予めメモリに記憶されたコンピュータプログラムにしたがって、発電制御処理を実行する。   The electronic control device 50 includes a microcomputer, a memory, and the like, and executes power generation control processing according to a computer program stored in advance in the memory.

電圧センサ５１ａは、第１グループ１０Ａの複数の電圧セル１０ａの出力電圧を加算した加算値を検出する。電圧センサ５１ｂは、第２グループ１０Ｂの複数の電圧セル１０ａの出力電圧を加算した加算値を検出する。電圧センサ５１ｃは、第３グループ１０Ｃの複数の電圧セル１０ａの出力電圧を加算した加算値を検出する。電流センサ５２は、ターミナル１１ｘ、１１ｙの間において第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを流れる電流を検出する。   The voltage sensor 51a detects an addition value obtained by adding the output voltages of the plurality of voltage cells 10a of the first group 10A. The voltage sensor 51b detects an added value obtained by adding the output voltages of the plurality of voltage cells 10a of the second group 10B. The voltage sensor 51c detects an added value obtained by adding the output voltages of the plurality of voltage cells 10a of the third group 10C. The current sensor 52 detects a current flowing through the first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C between the terminals 11x and 11y.

交流電源５３は、電子制御装置５０によって制御されて、燃料電池１０のターミナル１１ｘ、１１ｙの間に交流電圧を与える。   The AC power supply 53 is controlled by the electronic control unit 50 and applies an AC voltage between the terminals 11 x and 11 y of the fuel cell 10.

電子制御装置５０は、発電制御処理の実行に伴って、運転者の足によって操作れるアクセルペダルの操作量や燃料電池１０のインピーダンスｉｍｐ１、ｉｍｐ２、ｉｍｐ３に基づいて流量調整弁１５ａ、１５ｂ、ポンプ１７等を制御する。   The electronic control unit 50 controls the flow rate adjusting valves 15a and 15b and the pump 17 based on the operation amount of the accelerator pedal operated by the driver's feet and the impedances imp1, imp2, and imp3 of the fuel cell 10 in accordance with the execution of the power generation control process. Control etc.

インピーダンスｉｍｐ１は、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａのインピーダンスＺ１のうち低周波数（例えば、２０Ｈｚ）の成分である。インピーダンスｉｍｐ１は、電圧センサ５１ａの検出値を電流センサ５２の検出値で除算して求められたインピーダンスＺ１に対して高速フーリエ変換等の周波数分別処理を施して算出される。   The impedance imp1 is a low frequency component (for example, 20 Hz) of the impedance Z1 of the plurality of cells 10a in the first group 10A. The impedance imp1 is calculated by subjecting the impedance Z1 obtained by dividing the detection value of the voltage sensor 51a by the detection value of the current sensor 52 to frequency separation processing such as fast Fourier transform.

インピーダンスｉｍｐ２は、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａのインピーダンスＺ２のうち低周波数（例えば、２０Ｈｚ）の成分である。インピーダンスｉｍｐ２は、電圧センサ５１ｂの検出値を電流センサ５２の検出値で除算して求められたインピーダンスＺ２に対して高速フーリエ変換等の周波数分別処理を施して算出される。   The impedance imp2 is a low frequency (for example, 20 Hz) component of the impedance Z2 of the plurality of cells 10a in the second group 10B. The impedance imp2 is calculated by subjecting the impedance Z2 obtained by dividing the detection value of the voltage sensor 51b by the detection value of the current sensor 52 to frequency separation processing such as fast Fourier transform.

インピーダンスｉｍｐ３は、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａのインピーダンスＺ３のうち低周波数（例えば、２０Ｈｚ）の成分である。インピーダンスｉｍｐ３は、電圧センサ５１ｃの検出値を電流センサ５２の検出値で除算して求められたインピーダンスＺ３に対して高速フーリエ変換等の周波数分別処理を施して算出される。   The impedance imp3 is a low frequency (for example, 20 Hz) component of the impedance Z3 of the plurality of cells 10a in the third group 10C. The impedance imp3 is calculated by subjecting the impedance Z3 obtained by dividing the detection value of the voltage sensor 51c by the detection value of the current sensor 52 to frequency classification processing such as fast Fourier transform.

次に、本実施形態の燃料電池システム１の作動について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described.

電子制御装置５０は、アクセルペダルの操作量などに応じて燃料電池１０の要求電力を算出するとともに、この算出される要求電力に燃料電池１０から実際の出力される電力（以下、実際の電力という）を近づけるために、ポンプ１７、循環ポンプ３５、インジェクタ３７等を制御する。   The electronic control unit 50 calculates the required power of the fuel cell 10 in accordance with the amount of operation of the accelerator pedal, and the power output from the fuel cell 10 to the calculated required power (hereinafter referred to as actual power). ) To control the pump 17, the circulation pump 35, the injector 37, and the like.

ここで、要求電力は、燃料電池１０から出力されることが要求される電力であって、アクセルペダルの操作量が大きくなるほど、要求電力が大きくなる。燃料電池１０の実際の電力は、電圧センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃの検出値、および電流センサ５２の検出値によって求められる。   Here, the required power is the power required to be output from the fuel cell 10, and the required power increases as the amount of operation of the accelerator pedal increases. The actual power of the fuel cell 10 is obtained from the detection values of the voltage sensors 51 a, 51 b, 51 c and the detection value of the current sensor 52.

この際に、インジェクタ３７が水素タンク３２からの水素を水素供給配管３０を通して燃料電池１０に吐出する。循環ポンプ３５は、水素供給配管３０→燃料電池１０の複数のセル１０ａ→水素排出配管３１→水素供給配管３０の順に流れる水素の流れを発生させる。   At this time, the injector 37 discharges hydrogen from the hydrogen tank 32 to the fuel cell 10 through the hydrogen supply pipe 30. The circulation pump 35 generates a hydrogen flow that flows in the order of the hydrogen supply pipe 30 → the plurality of cells 10 a of the fuel cell 10 → the hydrogen discharge pipe 31 → the hydrogen supply pipe 30.

これに伴い、気液分離器３４は、燃料電池１０の複数のセル１０ａから排出された反応水等の廃液を排気弁３６を通して排出する。   Along with this, the gas-liquid separator 34 discharges waste liquid such as reaction water discharged from the plurality of cells 10 a of the fuel cell 10 through the exhaust valve 36.

ポンプ１７は、大気中から空気を吸い込んでこの吸い込んだ空気を空気入口マニホルド１２に向けて流通させる空気の供給源である。空気入口マニホルド１２に流れ込んだ空気は、複数のセル１０ａのそれぞれに分配される。この分配された空気は、複数のセル１０ａのそれぞれを通過して空気出口マニホルド１３に集合される。この集合された空気は、空気出口マニホルド１３から背圧調整弁１６および空気排気管２０ｂを通して排出される。   The pump 17 is an air supply source that sucks air from the atmosphere and distributes the sucked air toward the air inlet manifold 12. The air flowing into the air inlet manifold 12 is distributed to each of the plurality of cells 10a. The distributed air passes through each of the plurality of cells 10 a and is collected in the air outlet manifold 13. The collected air is discharged from the air outlet manifold 13 through the back pressure regulating valve 16 and the air exhaust pipe 20b.

このように複数のセル１０ａに供給される空気と水素とが供給されると、複数のセル１０ａは、それぞれ、水素ガスおよび酸素ガスの電気化学反応により発電する。このため、ターミナル１１ｘから電気負荷２０を通してターミナル１１ｙに電流が流れる。   When the air and hydrogen supplied to the plurality of cells 10a are supplied in this way, the plurality of cells 10a generate electric power by an electrochemical reaction of hydrogen gas and oxygen gas, respectively. For this reason, a current flows from the terminal 11 x to the terminal 11 y through the electric load 20.

ここで、燃料電池１０の出力電力が基準以上である高負荷運転が要求されたり、或いは、自動車を加速させるために要求電力が短時間で上昇する場合には、複数のセル１０ａには多くの空気量が供給されることが要求される。   Here, when a high load operation in which the output power of the fuel cell 10 is higher than the reference is required, or when the required power rises in a short time in order to accelerate the automobile, there are many cells 10a. It is required that an amount of air be supplied.

しかし、第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃは、空気入口マニホルド１２のうち積層方向において空気入口１２ａに対して反対側に位置する。つまり、第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃは、空気入口マニホルド１２のうち積層方向において奥側に位置する。このため、空気入口マニホルド１２の圧力損失等が起因してポンプ１７から第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａに供給される空気が不足する場合がある。   However, the second and third groups 10B and 10C are located on the opposite side of the air inlet manifold 12 with respect to the air inlet 12a in the stacking direction. That is, the second and third groups 10 </ b> B and 10 </ b> C are located on the back side in the stacking direction of the air inlet manifold 12. For this reason, the air supplied from the pump 17 to the plurality of cells 10a of the second and third groups 10B and 10C may be insufficient due to the pressure loss of the air inlet manifold 12 and the like.

したがって、燃料電池１０において高負荷運転が実施される場合には、燃料電池１０のうち第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａに供給される空気が不足して、複数の１０ａへ供給される空気量の分布にバラツキが生じる。このため、ストイキ比の変化に伴ってセル１０ａの出力電圧が変化する（図５参照）。ストイキ比とは、発電反応における理論上の発電に必要な空気量に対する実際の空気供給量の比率である。   Therefore, when high load operation is performed in the fuel cell 10, the air supplied to the plurality of cells 10a of the second and third groups 10B and 10C in the fuel cell 10 is insufficient, and the plurality of cells 10a are supplied. Variations in the distribution of the amount of air supplied. For this reason, the output voltage of the cell 10a changes with a change in the stoichiometric ratio (see FIG. 5). The stoichiometric ratio is a ratio of an actual air supply amount to an air amount necessary for theoretical power generation in a power generation reaction.

この場合、第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足すると、第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａの出力電力が低下する恐れがある。これに伴い、燃料電池１０の出力電力が要求電力よりも低くなる恐れがある。   In this case, if the supply of air to the plurality of cells 10a in the second and third groups 10B and 10C is insufficient, the output power of the plurality of cells 10a in the second and third groups 10B and 10C may be reduced. As a result, the output power of the fuel cell 10 may be lower than the required power.

ここで、セル１０ａへの空気の供給が不足すると、セル１０ａのインピーダンスのうち低周波数（例えば、２０Ｈｚ）の成分における虚数成分および実数成分も増大する（図６参照）。つまり、セル１０ａへの空気の供給が不足すると、セル１０ａのインピーダンスのうち低周波数の成分の絶対値が増大することになる。   Here, when the supply of air to the cell 10a is insufficient, the imaginary number component and the real number component in the low frequency (for example, 20 Hz) component of the impedance of the cell 10a also increase (see FIG. 6). That is, when the supply of air to the cell 10a is insufficient, the absolute value of the low frequency component of the impedance of the cell 10a increases.

そこで、本実施形態の電子制御装置５０は、複数のセル１０ａのインピーダンスを利用して、燃料電池１０の出力電力が低下することを抑制するための発電制御処理を実行する。以下、電子制御装置５０の発電制御処理について図７を参照して説明する。図７は、電子制御装置５０の発電制御処理を示すフローチャートである。   Therefore, the electronic control device 50 according to the present embodiment executes power generation control processing for suppressing a decrease in the output power of the fuel cell 10 using the impedances of the plurality of cells 10a. Hereinafter, the power generation control process of the electronic control unit 50 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing power generation control processing of the electronic control unit 50.

まず、ステップ１００（第１、第２算出部）において、電圧センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃの検出値、および電流センサ５２の検出値に基づいて、インピーダンスｉｍｐ１、ｉｍｐ２、ｉｍｐ３を算出する。   First, in step 100 (first and second calculation units), impedances imp1, imp2, and imp3 are calculated based on the detection values of the voltage sensors 51a, 51b, and 51c and the detection value of the current sensor 52.

次に、ステップ１１０（判定部）において、負荷が基準以上の高負荷運転を要求されているか否かを判定する。   Next, in step 110 (determination unit), it is determined whether or not a high-load operation with a load higher than a reference is required.

具体的には、運転者により操作されるアクセルペダルの操作量が閾値以上であるか否かを判定する。   Specifically, it is determined whether or not the operation amount of the accelerator pedal operated by the driver is greater than or equal to a threshold value.

このとき、アクセルペダルの操作量が閾値以上であるときには、高負荷運転を要求されているとして上記ステップ１１０でＹＥＳと判定する。この場合、燃料電池１０の要求電力が閾値以上であると判定されることになる。   At this time, when the operation amount of the accelerator pedal is equal to or greater than the threshold value, it is determined as YES in the above step 110 because the high load operation is requested. In this case, it is determined that the required power of the fuel cell 10 is greater than or equal to the threshold value.

これに伴い、ステップ１１５（切替制御部）において、第１空気追加供給運転を実行する。具体的には、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開けるとともに、流量調整弁１５ｂを制御して空気追加供給配管２０ｄの空気流路を開ける。   Accordingly, in step 115 (switching control unit), the first additional air supply operation is executed. Specifically, the flow control valve 15a is controlled to open the air flow path of the additional air supply pipe 20c, and the flow control valve 15b is controlled to open the air flow path of the additional air supply pipe 20d.

このとき、ポンプ１７からの空気が流量調整弁１５ａ、空気追加供給配管２０ｃ、および空気追加供給管１４ａを通して第３マニホルド部１２Ｃに流れる。さらに、ポンプ１７からの空気が流量調整弁１５ｂ、空気追加供給配管２０ｄ、および空気追加供給管１４ｂを通して第２マニホルド部１２Ｂに流れる。このとき、ポンプ１７からの空気が空気供給配管２０ａおよび空気入口１２ａを通して第１マニホルド部１２Ａに流れる。   At this time, air from the pump 17 flows to the third manifold portion 12C through the flow rate adjustment valve 15a, the additional air supply pipe 20c, and the additional air supply pipe 14a. Further, the air from the pump 17 flows to the second manifold section 12B through the flow rate adjusting valve 15b, the additional air supply pipe 20d, and the additional air supply pipe 14b. At this time, air from the pump 17 flows to the first manifold section 12A through the air supply pipe 20a and the air inlet 12a.

この際、空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち一部の空気は、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配される。空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第２マニホルド部１２Ｂに流れる。   At this time, some of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A is distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A. Of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A flows to the second manifold portion 12B.

このため、第２マニホルド部１２Ｂには、第１マニホルド部１２Ａからの空気と空気追加供給管１４ｂからの空気とが流れる。   For this reason, the air from the first manifold portion 12A and the air from the additional air supply pipe 14b flow through the second manifold portion 12B.

このように第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち一部の空気は、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配される。このため、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａには、ポンプ１７から第１マニホルド部１２Ａを通して供給される空気に、ポンプ１７から空気追加供給管１４ｂを通して供給される空気が追加されることになる。   Thus, some of the air flowing through the second manifold section 12B is distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B. Therefore, the air supplied from the pump 17 through the additional air supply pipe 14b is added to the air supplied from the pump 17 through the first manifold portion 12A to the plurality of cells 10a in the second group 10B. .

ここで、第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第３マニホルド部１２Ｃに流れる。   Here, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B among the air flowing to the second manifold portion 12B flows to the third manifold portion 12C.

このため、第３マニホルド部１２Ｃには、第２マニホルド部１２Ｂからの空気と空気追加供給管１４ａからの空気とが流れる。このように第３マニホルド部１２Ｃに流れる空気は、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに分配される。   For this reason, the air from the second manifold part 12B and the air from the additional air supply pipe 14a flow through the third manifold part 12C. Thus, the air flowing through the third manifold portion 12C is distributed to the plurality of cells 10a of the third group 10C.

このことにより、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａには、ポンプ１７から第１、第２マニホルド部１２Ａ、１２Ｂを通して供給される空気に、ポンプ１７から空気追加供給管１４ａを通して供給される空気が追加されることになる。その後、ステップ１４０に進む。   As a result, the air supplied from the pump 17 to the cells 10a of the third group 10C through the first and second manifold portions 12A and 12B and the air supplied from the pump 17 through the additional air supply pipe 14a are supplied to the plurality of cells 10a. Will be added. Thereafter, the process proceeds to step 140.

また、上記ステップ１１０において、アクセルペダルの操作量が閾値未満であるときには、高負荷運転を要求されていないとしてＮＯと判定する。この場合、燃料電池１０の要求電力が閾値未満であると判定されることになる。   In step 110, when the amount of operation of the accelerator pedal is less than the threshold value, it is determined that the high load operation is not requested and NO is determined. In this case, it is determined that the required power of the fuel cell 10 is less than the threshold value.

これに伴い、ステップ１２０（判定部）において、インピーダンスｉｍｐ２とインピーダンスｉｍｐ１との差分（ｉｍｐ２−ｉｍｐ１）が基準Ｘよりも大きいか否かを判定する。基準Ｘは、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているか否かを判定するために予め決められた値である。   Accordingly, in step 120 (determination unit), it is determined whether or not the difference (imp2-imp1) between the impedance imp2 and the impedance imp1 is larger than the reference X. The reference X is a predetermined value for determining whether or not the supply of air to the plurality of cells 10a of the second group 10B is insufficient.

このとき、差分（ｉｍｐ２−ｉｍｐ１）が基準Ｘよりも大きいときには、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているとして、ステップ１２０でＹＥＳと判定する。   At this time, when the difference (imp2-imp1) is larger than the reference X, it is determined that the supply of air to the plurality of cells 10a of the second group 10B is insufficient, and YES is determined in step 120.

これに伴い、ステップ１２５（切替制御部）において、第２空気供給運転を実行する。具体的には、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を閉じるとともに、流量調整弁１５ｂを制御して空気追加供給配管２０ｄの空気流路を開ける。   Accordingly, the second air supply operation is executed in step 125 (switching control unit). Specifically, the flow control valve 15a is controlled to close the air flow path of the additional air supply pipe 20c, and the flow control valve 15b is controlled to open the air flow path of the additional air supply pipe 20d.

このとき、ポンプ１７からの空気が流量調整弁１５ｂ、空気追加供給配管２０ｄ、および空気追加供給管１４ｂを通して第２マニホルド部１２Ｂに流れる。このとき、ポンプ１７からの空気が空気供給配管２０ａおよび空気入口１２ａを通して第１マニホルド部１２Ａに流れる。   At this time, the air from the pump 17 flows to the second manifold portion 12B through the flow rate adjusting valve 15b, the additional air supply pipe 20d, and the additional air supply pipe 14b. At this time, air from the pump 17 flows to the first manifold section 12A through the air supply pipe 20a and the air inlet 12a.

この際、空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち一部の空気は、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配される。これに伴い、空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第２マニホルド部１２Ｂに流れる。   At this time, some of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A is distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A. Accordingly, of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A flows to the second manifold portion 12B.

このため、第２マニホルド部１２Ｂには、第１マニホルド部１２Ａからの空気と空気追加供給管１４ｂからの空気とが流れる。このように第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち一部の空気は、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配される。   For this reason, the air from the first manifold portion 12A and the air from the additional air supply pipe 14b flow through the second manifold portion 12B. Thus, some of the air flowing through the second manifold section 12B is distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B.

このため、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａには、ポンプ１７から第１マニホルド部１２Ａを通して供給される空気に、ポンプ１７から空気追加供給管１４ｂを通して供給される空気が追加されることになる。   Therefore, the air supplied from the pump 17 through the additional air supply pipe 14b is added to the air supplied from the pump 17 through the first manifold portion 12A to the plurality of cells 10a in the second group 10B. .

ここで、第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第３マニホルド部１２Ｃに流れる。この第３マニホルド部１２Ｃに流れた空気は、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに分配される。その後、次のステップ１３０に進む。   Here, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B among the air flowing to the second manifold portion 12B flows to the third manifold portion 12C. The air that has flowed to the third manifold portion 12C is distributed to the plurality of cells 10a of the third group 10C. Thereafter, the process proceeds to the next step 130.

また、上記ステップ１２０において、差分（ｉｍｐ２−ｉｍｐ１）が基準Ｘ以下であるときには、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａへの空気の供給が十分であるとして、ＮＯと判定する。このとき、次のステップ１３０に進む。   In Step 120, when the difference (imp2-imp1) is equal to or less than the reference X, it is determined as NO because the air supply to the plurality of cells 10a of the second group 10B is sufficient. At this time, the process proceeds to the next step 130.

このようにステップ１３０（判定部）に進むと、インピーダンスｉｍｐ３とインピーダンスｉｍｐ１との差分（ｉｍｐ３−ｉｍｐ１）が基準Ｘよりも大きいか否かを判定する。基準Ｘは、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているか否かを判定するために予め決められた値である。   When the process proceeds to step 130 (determination unit) in this way, it is determined whether or not the difference (imp3-imp1) between the impedance imp3 and the impedance imp1 is larger than the reference X. The reference X is a predetermined value for determining whether or not the supply of air to the plurality of cells 10a of the third group 10C is insufficient.

このとき、差分（ｉｍｐ３−ｉｍｐ１）が基準Ｘよりも大きいときには、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているとして、ステップ１３０でＹＥＳと判定する。   At this time, when the difference (imp3-imp1) is larger than the reference X, it is determined that the supply of air to the plurality of cells 10a of the third group 10C is insufficient, and YES is determined in step 130.

これに伴い、ステップ１３５（切替制御部）において、第３空気追加供給運転を実行する。具体的には、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開けるとともに、流量調整弁１５ｂを制御して空気追加供給配管２０ｄの空気流路を閉じる。   Accordingly, in step 135 (switching control unit), the third additional air supply operation is executed. Specifically, the flow control valve 15a is controlled to open the air flow path of the additional air supply pipe 20c, and the flow control valve 15b is controlled to close the air flow path of the additional air supply pipe 20d.

このとき、ポンプ１７からの空気が流量調整弁１５ａ、空気追加供給配管２０ｃ、および空気追加供給管１４ａを通して第３マニホルド部１２Ｃに流れる。このとき、ポンプ１７からの空気が空気供給配管２０ａおよび空気入口１２ａを通して第１マニホルド部１２Ａに流れる。   At this time, air from the pump 17 flows to the third manifold portion 12C through the flow rate adjustment valve 15a, the additional air supply pipe 20c, and the additional air supply pipe 14a. At this time, air from the pump 17 flows to the first manifold section 12A through the air supply pipe 20a and the air inlet 12a.

この際、空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち一部の空気は、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配される。空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第２マニホルド部１２Ｂに流れる。   At this time, some of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A is distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A. Of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A flows to the second manifold portion 12B.

このように第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち一部の空気は、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配される。ここで、第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第３マニホルド部１２Ｃに流れる。   Thus, some of the air flowing through the second manifold section 12B is distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B. Here, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B among the air flowing to the second manifold portion 12B flows to the third manifold portion 12C.

このため、第３マニホルド部１２Ｃには、第２マニホルド部１２Ｂからの空気と空気追加供給管１４ａからの空気とが流れる。   For this reason, the air from the second manifold part 12B and the air from the additional air supply pipe 14a flow through the third manifold part 12C.

この第３マニホルド部１２Ｃに流れる空気は、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに分配される。このため、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａには、ポンプ１７から第１マニホルド部１２Ａ、１２Ｂを通して供給される空気に、ポンプ１７から空気追加供給管１４ａを通して供給される空気が追加されることになる。その後、ステップ１４０に進む。   The air flowing through the third manifold portion 12C is distributed to the plurality of cells 10a in the third group 10C. For this reason, the air supplied from the pump 17 through the additional air supply pipe 14a is added to the air supplied from the pump 17 through the first manifold parts 12A and 12B to the plurality of cells 10a of the third group 10C. become. Thereafter, the process proceeds to step 140.

また、上記ステップ１３０において、差分（ｉｍｐ３−ｉｍｐ１）が基準Ｘ以下であるときには、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が十分であるとして、ＮＯと判定する。   In Step 130, when the difference (imp3-imp1) is equal to or less than the reference X, it is determined as NO because the air supply to the plurality of cells 10a of the third group 10C is sufficient.

これに伴い、ステップ１３７において、通常運転を実行する。具体的には、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を閉じるとともに、流量調整弁１５ｂを制御して空気追加供給配管２０ｄの空気流路を閉じる。   Accordingly, in step 137, normal operation is executed. Specifically, the flow control valve 15a is controlled to close the air flow path of the additional air supply pipe 20c, and the flow control valve 15b is controlled to close the air flow path of the additional air supply pipe 20d.

このとき、ポンプ１７からの空気が空気供給配管２０ａおよび空気入口１２ａを通して第１マニホルド部１２Ａに流れる。   At this time, air from the pump 17 flows to the first manifold section 12A through the air supply pipe 20a and the air inlet 12a.

この際、空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち一部の空気は、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配される。空気入口１２ａから第１マニホルド部１２Ａに流れる空気のうち、第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第２マニホルド部１２Ｂに流れる。   At this time, some of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A is distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A. Of the air flowing from the air inlet 12a to the first manifold portion 12A, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the first group 10A flows to the second manifold portion 12B.

このように第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち一部の空気は、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配される。ここで、第２マニホルド部１２Ｂに流れる空気のうち第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに分配された空気以外の残りの空気は、第３マニホルド部１２Ｃに流れる。   Thus, some of the air flowing through the second manifold section 12B is distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B. Here, the remaining air other than the air distributed to the plurality of cells 10a of the second group 10B among the air flowing to the second manifold portion 12B flows to the third manifold portion 12C.

この第３マニホルド部１２Ｃに流れる空気は、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに分配される。その後、ステップ１４０に進む。   The air flowing through the third manifold portion 12C is distributed to the plurality of cells 10a in the third group 10C. Thereafter, the process proceeds to step 140.

その後、次のステップ１４０において、燃料電池１０の発電運転を継続するべきか否かを判定する。このとき、燃料電池１０の発電運転を継続するべきであるとして、上記ステップ１４０においてＹＥＳと判定すると、ステップ１００に戻る。   Thereafter, in the next step 140, it is determined whether or not the power generation operation of the fuel cell 10 should be continued. At this time, assuming that the power generation operation of the fuel cell 10 should be continued, if it is determined YES in step 140, the process returns to step 100.

このため、燃料電池１０の発電運転を継続するべきであるとしてステップ１４０でＹＥＳと判定される限り、ステップ１００のインピーダンス計測処理、ステップ１１０、１２０、１３０の判定処理、追加ガス供給処理１１５、１２５、１３５、１３７を繰り返し実行する。   For this reason, as long as it is determined as YES in step 140 that the power generation operation of the fuel cell 10 should be continued, the impedance measurement process in step 100, the determination processes in steps 110, 120, and 130, and the additional gas supply processes 115 and 125 , 135 and 137 are repeatedly executed.

このため、高負荷運転を要求されているとして上記ステップ１１０でＹＥＳと判定すると、ステップ１１５において、第１空気追加供給運転を実施する。   For this reason, if it determines with YES at the said step 110 that the high load driving | operation is requested | required, in step 115, 1st additional air supply operation will be implemented.

また、ステップ１２０において、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているとしてＹＥＳと判定すると、ステップ１２５において、第２空気追加供給運転を実施する。   Further, if it is determined in step 120 that the air supply to the plurality of cells 10a of the second group 10B is insufficient, YES is determined in step 125, and the second additional air supply operation is performed.

また、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているとして、ステップ１３０でＹＥＳと判定すると、ステップ１３５において、第３空気追加供給運転を実施する。   If it is determined that the supply of air to the plurality of cells 10a of the third group 10C is insufficient and YES is determined in step 130, a third air additional supply operation is performed in step 135.

さらに、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が十分であるとして、ステップ１３０でＮＯと判定すると、ステップ１３７において、通常運転を実行する。   Furthermore, if it is determined NO in step 130 on the assumption that the air supply to the plurality of cells 10a in the third group 10C is sufficient, normal operation is executed in step 137.

以上説明した本実施形態によれば、燃料電池システム１は、空気と燃料ガスを電気化学反応させて電気エネルギを発生させるセル１０ａを複数積層されてなる燃料電池１０を備える。燃料電池１０は、複数のセル１０ａを積層方向に貫通して、かつポンプ１７から供給される空気が入る入口１２ａを積層方向の一方側に形成する入口マニホールド１２を備える。入口マニホールド１２は、入口１２ａに供給される空気を複数のセル１０ａに分配する。   According to this embodiment described above, the fuel cell system 1 includes the fuel cell 10 in which a plurality of cells 10a that generate electric energy by electrochemical reaction of air and fuel gas are stacked. The fuel cell 10 includes an inlet manifold 12 that penetrates the plurality of cells 10a in the stacking direction and forms an inlet 12a into which air supplied from the pump 17 enters on one side in the stacking direction. The inlet manifold 12 distributes the air supplied to the inlet 12a to the plurality of cells 10a.

空気追加供給管１４ａは、ポンプ１７からの空気を第１、第２グループ１０Ａ、１０Ｂの複数のセル１０ａをバイパスして第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに追加供給する。空気追加供給管１４ｂは、ポンプ１７からの空気を第１グループ１０Ａの複数のセル１０ａをバイパスして第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに追加供給する。   The additional air supply pipe 14a additionally supplies the air from the pump 17 to the plurality of cells 10a of the third group 10C, bypassing the plurality of cells 10a of the first and second groups 10A and 10B. The additional air supply pipe 14b additionally supplies the air from the pump 17 to the plurality of cells 10a of the second group 10B, bypassing the plurality of cells 10a of the first group 10A.

流量調整弁１５ａは、ポンプ１７および空気追加供給管１４ａの間に配置されている空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開閉する。流量調整弁１５ｂは、ポンプ１７および空気追加供給管１４ｂの間に配置されている空気追加供給配管２０ｄの空気流路を開閉する。   The flow rate adjusting valve 15a opens and closes the air flow path of the additional air supply pipe 20c disposed between the pump 17 and the additional air supply pipe 14a. The flow rate adjusting valve 15b opens and closes the air flow path of the additional air supply pipe 20d disposed between the pump 17 and the additional air supply pipe 14b.

電子制御装置５０は、流量調整弁１５ａ、１５ｂを制御して、通常運転、第１空気追加運転、第２空気追加運転、第３空気追加運転のうちいずれか１つの運転から他の運転に切り替える。   The electronic control unit 50 controls the flow rate adjusting valves 15a and 15b to switch from any one of normal operation, first air additional operation, second air additional operation, and third air additional operation to another operation. .

このように第１、第２、第３空気追加運転を実施することにより、第２グループ１０Ｂ、或いは第３グレープ１０Ｃの複数のセル１０ａにおける空気の供給不足を抑制して燃料電池１０の性能向上を効率的に図ることができる。一方、通常運転を実施することによって必要最低限以上の流量のガスを燃料電池に供給することを抑えることができる。   By performing the first, second, and third air additional operations in this way, the shortage of air supply in the plurality of cells 10a of the second group 10B or the third grape 10C is suppressed, and the performance of the fuel cell 10 is improved. Can be achieved efficiently. On the other hand, by carrying out the normal operation, it is possible to suppress the supply of the gas having a flow rate higher than the minimum necessary to the fuel cell.

また、高負荷運転時ではない場合でも、過度的に空気の供給不足が生じることがあるものの、複数のセル１０ａをグループ毎に空気供給不足を判別してグループ毎に空気を追加供給することにより、空気の供給不足が生じることを抑制することができる。   In addition, even when it is not during high-load operation, air supply may be excessively insufficient. However, by determining whether the plurality of cells 10a are inadequate for each group and supplying additional air for each group. It is possible to suppress the shortage of air supply.

さらに、低温時などにおいては、燃料電池１０における液体である水の分布状態によって部分的に空気供給不足が生じる場合があるものの、複数のセル１０ａをグループ毎に空気供給不足を判別してグループ毎に空気を追加供給することにより、空気の供給不足が生じることを抑制することができる。   Furthermore, at a low temperature, the air supply may be partially insufficient depending on the distribution state of the liquid water in the fuel cell 10, but the plurality of cells 10a are determined for each group by determining the air supply shortage. By additionally supplying air to the air, it is possible to suppress a shortage of air supply.

以上により、複数のセル１０ａに対する空気の供給不足を抑えつつ、発電効率の低下を抑えるようにした燃料電池システム１を提供することができる。   As described above, it is possible to provide the fuel cell system 1 that suppresses a decrease in power generation efficiency while suppressing a shortage of air supply to the plurality of cells 10a.

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、２本の空気追加供給管１４ａ、１４ｂを用いた例について説明したが、これに代えて、１本の空気追加供給配管１４Ｘを用いた第２実施形態について説明する。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, the example using the two additional air supply pipes 14a and 14b has been described, but instead, the second embodiment using the single additional air supply pipe 14X will be described.

図８、図９に本実施形態の燃料電池システム１の構成の構成を示す。図８において、図１と同一符号は同一のものを示し、その説明を省略する。   8 and 9 show the configuration of the fuel cell system 1 of the present embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG.

本実施形態の燃料電池システム１は、空気追加供給管１４ａ、１４ｂに代わる空気追加供給配管１４Ｘを備える。   The fuel cell system 1 of the present embodiment includes an additional air supply pipe 14X in place of the additional air supply pipes 14a and 14b.

図９に本実施形態の空気追加供給配管１４Ｘの斜視図を示す。空気追加供給配管１４Ｘは、積層方向に延びる円筒状に形成されている。   FIG. 9 shows a perspective view of the additional air supply pipe 14X of the present embodiment. The additional air supply pipe 14X is formed in a cylindrical shape extending in the stacking direction.

空気追加供給配管１４Ｘは、空気入口マニホルド１２内に配置されている。空気追加供給配管１４Ｘのうち積層方向一方側には、空気追加供給配管２０ｃから吹き出される空気が流入される空気入口２００（図８、図９参照）が設けられている。空気追加供給配管１４Ｘの空気入口２００は、空気入口マニホルド１２の空気入口１２ａから積層方向一方側に突出している。空気追加供給配管１４Ｘのうち積層方向他方側は、栓２０１によって塞がれている。   The additional air supply pipe 14 </ b> X is disposed in the air inlet manifold 12. An air inlet 200 (see FIGS. 8 and 9) into which air blown from the additional air supply pipe 20c flows is provided on one side in the stacking direction of the additional air supply pipe 14X. The air inlet 200 of the additional air supply pipe 14X protrudes from the air inlet 12a of the air inlet manifold 12 to one side in the stacking direction. The other side in the stacking direction of the additional air supply pipe 14 </ b> X is closed by a plug 201.

空気追加供給配管１４Ｘは、吹出口１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９を備える。吹出口１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９は、それぞれ同一の開口面積を有している。吹出口１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９は、積層方向に並べられている。   The additional air supply pipe 14X includes air outlets 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, and 119. The air outlets 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, and 119 have the same opening area. The outlets 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, and 119 are arranged in the stacking direction.

吹出口１１０、１１１、１１２は、第２マニホルド部１２Ｂ内に開口されている。吹出口１１０と吹出口１１１、１１２とは、積層方向に間隔を開けて配置されている。吹出口１１０から吹き出される風量よりも吹出口１１１、１１２から吹き出される風量の方が大きい。   The blower outlets 110, 111, and 112 are opened in the second manifold portion 12B. The blower outlet 110 and the blower outlets 111 and 112 are arrange | positioned at intervals in the lamination direction. The amount of air blown from the air outlets 111 and 112 is larger than the amount of air blown from the air outlet 110.

吹出口１１１、１１２と吹出口１１３、１１４、１１５とは、積層方向に間隔を開けて配置されている。   The blower outlets 111 and 112 and the blower outlets 113, 114, and 115 are arranged at intervals in the stacking direction.

吹出口１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９は、第３マニホルド部１２Ｃ内に開口されている。吹出口１１３、１１４、１１５と吹出口１１６、１１７、１１８、１１９とは、積層方向に間隔を開けて配置されている。吹出口１１３、１１４、１１５から吹き出される風量よりも、吹出口１１６、１１７、１１８、１１９から吹き出される風量の方が大きい。   The air outlets 113, 114, 115, 116, 117, 118, and 119 are opened in the third manifold portion 12C. The blower outlets 113, 114, and 115 and the blower outlets 116, 117, 118, and 119 are arranged at intervals in the stacking direction. The amount of air blown from the air outlets 116, 117, 118, and 119 is larger than the amount of air blown from the air outlets 113, 114, and 115.

以上により、積層方向一方側から積層方向他方側に向かうほど空気追加供給配管１４Ｘから空気入口マニホルド１２内に吹き出される風量が多くなるように吹出口１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９が配置されている。   As described above, the air outlets 110, 111, 112, 113, 114, 115, and so that the amount of air blown out from the additional air supply pipe 14 </ b> X into the air inlet manifold 12 increases from one side in the stacking direction to the other side in the stacking direction. 116, 117, 118, and 119 are arranged.

このことにより、空気追加供給配管１４Ｘから第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに供給される風量よりも、空気追加供給配管１４Ｘから第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに供給される風量を多くすることになる。   Thus, the air volume supplied from the additional air supply pipe 14X to the plurality of cells 10a in the third group 10C is made larger than the air volume supplied from the additional air supply pipe 14X to the plurality of cells 10a in the second group 10B. It will be.

次に、本実施形態の燃料電池システム１の作動について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described.

本実施形態の電子制御装置５０は、図７のフローチャートに代わる図１０のフローチャートにしたがって、発電制御処理を実行する。   The electronic control device 50 of the present embodiment executes power generation control processing according to the flowchart of FIG. 10 instead of the flowchart of FIG.

図１０のフローチャートにおいて、図７のステップ１１５に代わるステップ１１５Ａが設けられている。図７のステップ１２５、１３５に代わるステップ１３５Ａが設けられている。   In the flowchart of FIG. 10, step 115A is provided in place of step 115 of FIG. Step 135A is provided in place of steps 125 and 135 in FIG.

まず、ステップ１１０において、高負荷運転を要求されているときには、ＹＥＳと判定すると、ステップ１１５Ａ（切替制御部）に進んで、空気追加供給運転を実行する。   First, in step 110, when a high load operation is requested, if YES is determined, the process proceeds to step 115A (switching control unit) to perform an additional air supply operation.

具体的には、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開ける。   Specifically, the air flow path of the additional air supply pipe 20c is opened by controlling the flow rate adjusting valve 15a.

このとき、ポンプ１７からの空気が流量調整弁１５ａ、空気追加供給配管２０ｃ、および空気追加供給管１４Ｘに流れる。   At this time, the air from the pump 17 flows to the flow rate adjusting valve 15a, the additional air supply pipe 20c, and the additional air supply pipe 14X.

このため、空気追加供給管１４Ｘの吹出口１１０、１１１、１１２から第２マニホルド部１２Ｂ内に空気が吹き出される。このため、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａには、ポンプ１７から第１マニホルド部１２Ａを通して供給される空気に、吹出口１１０、１１１、１１２からの空気が追加供給される。   For this reason, air is blown out into the second manifold portion 12B from the outlets 110, 111, 112 of the additional air supply pipe 14X. For this reason, the air from the blower outlets 110, 111, and 112 is additionally supplied to the air supplied from the pump 17 through the first manifold portion 12A to the plurality of cells 10a of the second group 10B.

これに加えて、空気追加供給管１４Ｘの吹出口１１３、１１４、・・・１１９から第３マニホルド部１２Ｃ内に空気が吹き出される。このため、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａには、ポンプ１７から第１マニホルド部１２Ａを通して供給される空気に、吹出口１１３、１１４、・・・１１９からの空気が追加供給される。   In addition, air is blown into the third manifold portion 12C from the air outlets 113, 114,... 119 of the additional air supply pipe 14X. Therefore, air from the air outlets 113, 114,... 119 is additionally supplied to the air supplied from the pump 17 through the first manifold portion 12A to the plurality of cells 10a of the third group 10C.

また、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているとして、ステップ１２０でＹＥＳと判定すると、ステップ１３５Ａ（切替制御部）に進んで、上記ステップ１１５Ａと同様に、空気追加供給運転を実行する。   Further, assuming that the supply of air to the plurality of cells 10a of the second group 10B is insufficient, if YES is determined in step 120, the process proceeds to step 135A (switching control unit), and the air is similar to step 115A. Perform additional supply operation.

また、差分（ｉｍｐ３−ｉｍｐ１）が基準Ｘよりも大きいときには、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足しているとして、ステップ１３０でＹＥＳと判定する。この場合も、ステップ１３５Ａに進んで、上記ステップ１１５Ａと同様に、空気追加供給運転を実行する。   Further, when the difference (imp3-imp1) is larger than the reference X, it is determined that the supply of air to the plurality of cells 10a of the third group 10C is insufficient, and YES is determined in step 130. Also in this case, the process proceeds to step 135A, and the additional air supply operation is executed as in step 115A.

以上説明した本実施形態では、電子制御装置５０は、高負荷運転を要求されているとき、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開ける。このため、第２、第３グループ１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａには、吹出口１１０、１１１、１１２・・・・１１９からの空気が追加供給される。   In the present embodiment described above, the electronic control unit 50 opens the air flow path of the additional air supply pipe 20c by controlling the flow rate adjustment valve 15a when a high load operation is required. For this reason, the air from the blower outlets 110, 111, 112... 119 is additionally supplied to the plurality of cells 10a of the second and third groups 10B and 10C.

電子制御装置５０は、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足していると判定したときに、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開ける。このため、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａには、吹出口１１０、１１１、１１２からの空気が追加供給される。   When the electronic control unit 50 determines that the air supply to the plurality of cells 10a of the second group 10B is insufficient, the electronic control unit 50 controls the flow rate adjustment valve 15a to open the air flow path of the additional air supply pipe 20c. . For this reason, the air from the blower outlets 110, 111, and 112 is additionally supplied to the plurality of cells 10a of the second group 10B.

電子制御装置５０は、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足していると判定したとき、流量調整弁１５ａを制御して空気追加供給配管２０ｃの空気流路を開ける。このため、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａには、吹出口１１３、１１１、・・・・１１９からの空気が追加供給される。   When the electronic control unit 50 determines that the supply of air to the plurality of cells 10a in the third group 10C is insufficient, the electronic control unit 50 controls the flow rate adjustment valve 15a to open the air flow path of the additional air supply pipe 20c. Therefore, air from the air outlets 113, 111,... 119 is additionally supplied to the plurality of cells 10a of the third group 10C.

以上により、高負荷運転時、および自動車の加速時に、燃料電池１０への空気の供給不足が生じることが抑制されるため、燃料電池１０の出力電力の低下を抑制することができる。   As described above, since a shortage of air supply to the fuel cell 10 is suppressed during high load operation and acceleration of the automobile, a decrease in output power of the fuel cell 10 can be suppressed.

本実施形態では、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａは、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに対して空気入口マニホルド１２の空気入口２００と反対側に配置されている。したがって、空気追加供給配管１４Ｘを用いないで空気入口マニホルド１２から複数のセル１０ａに空気を供給する際には、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａよりも第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａの方が空気を供給し難くなる。   In the present embodiment, the plurality of cells 10a of the third group 10C are disposed on the opposite side of the air inlet 200 of the air inlet manifold 12 with respect to the plurality of cells 10a of the second group 10B. Therefore, when supplying air from the air inlet manifold 12 to the plurality of cells 10a without using the additional air supply pipe 14X, the plurality of cells 10a in the third group 10C is more than the plurality of cells 10a in the second group 10B. It becomes difficult to supply air.

これに対して、本実施形態では、上述の如く、空気追加供給配管１４Ｘから第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに供給される風量よりも、空気追加供給配管１４Ｘから第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに供給される風量を大きくなるように吹出口１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９が配置されている。このため、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａへの空気の供給が不足することを一層抑制することができる。これに伴い、燃料電池１０の出力電力の低下をより一層抑制することができる。   On the other hand, in the present embodiment, as described above, the air volume supplied from the additional air supply pipe 14X to the plurality of cells 10a in the second group 10B is more than the air volume supplied from the additional air supply pipe 14X to the third group 10C. Air outlets 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, and 119 are arranged so as to increase the amount of air supplied to the cell 10a. For this reason, it can suppress further that supply of the air to the several cell 10a of the 3rd group 10C is insufficient. Accordingly, a decrease in output power of the fuel cell 10 can be further suppressed.

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、ポンプ１７および空気追加供給管１４ａ、１４ｂの空気流路を開閉する弁として、電子制御装置５０によって制御される流量調整弁１５ａ、１５ｂを用いた例について説明したが、これに代えて、次のようにする。 (Third embodiment)
In the first embodiment, the example in which the flow rate adjusting valves 15a and 15b controlled by the electronic control device 50 are used as the valves for opening and closing the air flow paths of the pump 17 and the additional air supply pipes 14a and 14b has been described. Instead, do the following:

すなわち、本第３実施形態では、ポンプ１７および空気追加供給管１４Ｙの空気流路を開閉する弁として、空気入口マニホルド１２内の空気圧によって自動的に開閉する弁を用いる方法について説明する。   That is, in the third embodiment, a method of using a valve that automatically opens and closes by the air pressure in the air inlet manifold 12 as a valve that opens and closes the air flow path of the pump 17 and the additional air supply pipe 14Y will be described.

図１１、図１２Ａ、図１２Ｂに、本実施形態の燃料電池システム１の構成の構成を示す。図１１において、図１と同一符号は同一のものを示し、その説明を省略する。   11, FIG. 12A, and FIG. 12B show the configuration of the configuration of the fuel cell system 1 of the present embodiment. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG.

本実施形態の燃料電池システム１は、空気追加供給管１４ａ、１４ｂに代わる空気追加供給配管１４Ｙと、流量調整弁１５ａ、１５ｂに代わる開閉弁１３０を備える。   The fuel cell system 1 of this embodiment includes an additional air supply pipe 14Y that replaces the additional air supply pipes 14a and 14b, and an on-off valve 130 that replaces the flow rate adjusting valves 15a and 15b.

空気追加供給配管１４Ｙは、積層方向に延びる管状に形成されている。空気追加供給配管１４Ｙは、空気入口マニホルド１２内に配置されている。空気追加供給配管１４Ｙは、空気入口マニホルド１２のうち空気出口マニホルド１３に対して反対側に配置されている。   The additional air supply pipe 14Y is formed in a tubular shape extending in the stacking direction. The additional air supply pipe 14 </ b> Y is disposed in the air inlet manifold 12. The additional air supply pipe 14 </ b> Y is disposed on the opposite side of the air inlet manifold 12 with respect to the air outlet manifold 13.

空気追加供給配管１４Ｙには、空気入口１２０、吹出口１２１、および空気流路１２２が設けられている。空気入口１２０は、第１マニホルド部１２Ａ内に開口されている。空気入口１２０は、第１マニホルド部１２Ａ内からの空気を空気流路１２２内に導く。空気流路１２２は、空気入口１２０に導かれた空気を吹出口１２１に向けて流通させる。吹出口１２１は、第３マニホルド部１２Ｃ内に開口されている。吹出口１２１は、空気流路１２２を通過した空気を第３マニホルド部１２Ｃ内に吹き出す。   The additional air supply pipe 14Y is provided with an air inlet 120, an outlet 121, and an air flow path 122. The air inlet 120 is opened in the first manifold portion 12A. The air inlet 120 guides air from the first manifold portion 12 </ b> A into the air flow path 122. The air flow path 122 circulates the air guided to the air inlet 120 toward the air outlet 121. The air outlet 121 is opened in the third manifold portion 12C. The air outlet 121 blows out the air that has passed through the air flow path 122 into the third manifold portion 12C.

開閉弁１３０は、金属材料からなる板状に形成されている。開閉弁１３０は、空気追加供給配管１４Ｙ内において、空気入口１２０を塞ぐように配置されている（図１２Ａ参照）。開閉弁１３０は、後述するように、弾性変形して空気入口１２０を開ける。   The on-off valve 130 is formed in a plate shape made of a metal material. The on-off valve 130 is disposed so as to block the air inlet 120 in the additional air supply pipe 14Y (see FIG. 12A). As will be described later, the on-off valve 130 is elastically deformed to open the air inlet 120.

次に、本実施形態の燃料電池システム１の作動について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described.

まず、ポンプ１７からの空気が空気供給配管２０ａおよび空気入口１２ａを通して空気入口マニホルド１２の第１、第２、第３マニホルド部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに流れる。このため、第１、第２、第３マニホルド部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、ポンプ１７からの空気を、矢印Ｙｃの如く、第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａに分配する。   First, air from the pump 17 flows to the first, second, and third manifold portions 12A, 12B, and 12C of the air inlet manifold 12 through the air supply pipe 20a and the air inlet 12a. Therefore, the first, second, and third manifold portions 12A, 12B, and 12C use the air from the pump 17 as a plurality of cells in the first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C as indicated by an arrow Yc. Distribute to 10a.

ここで、電子制御装置５０は、アクセルペダルの操作量に応じてポンプ１７から吹き出される空気量を制御する。アクセルペダルの操作量が大きくなるほど、要求電力を大きくして、ポンプ１７から複数のセル１０ａに吹き出される空気量が増大させる。   Here, the electronic control unit 50 controls the amount of air blown from the pump 17 according to the operation amount of the accelerator pedal. As the amount of operation of the accelerator pedal increases, the required power is increased and the amount of air blown from the pump 17 to the plurality of cells 10a is increased.

例えば、電子制御装置５０は、負荷が基準以上の高負荷運転を要求されたとき、或いは、自動車の加速時には、要求電力を大きくして、ポンプ１７から複数のセル１０ａに吹き出される空気量が増大させる。   For example, the electronic control unit 50 increases the required power when the load is requested to be higher than the reference or when the vehicle is accelerated, and the amount of air blown from the pump 17 to the plurality of cells 10a is increased. Increase.

これに伴い、第１マニホルド部１２Ａのうち空気追加供給配管１４Ｙの空気入口１２０側において、空気流路１２２内の空気圧よりも、空気流路１２２の外側の空気圧力が高くなる。すると、この空気圧の上昇に伴って開閉弁１３０が弾性変形して空気入口１２０を開ける。   Accordingly, the air pressure outside the air passage 122 becomes higher than the air pressure inside the air passage 122 on the air inlet 120 side of the additional air supply pipe 14Y in the first manifold section 12A. Then, as the air pressure increases, the on-off valve 130 is elastically deformed to open the air inlet 120.

つまり、空気流路１２２内の空気圧と空気流路１２２の外側の空気圧力との間の差圧によって、開閉弁１３０が弾性変形して空気入口１２０を開ける。   In other words, the on-off valve 130 is elastically deformed to open the air inlet 120 by the differential pressure between the air pressure in the air flow path 122 and the air pressure outside the air flow path 122.

このため、第１マニホルド部１２Ａからの空気が、矢印Ｙａ、Ｙｂの如く、空気流路１２２および吹出口１２１を通して第３マニホルド部１２Ｃに流れる。つまり、第１マニホルド部１２Ａからの空気が第２マニホルド部１２Ｂを通して第３マニホルド部１２Ｃに流れる。   For this reason, the air from the first manifold section 12A flows to the third manifold section 12C through the air flow path 122 and the outlet 121 as indicated by arrows Ya and Yb. That is, the air from the first manifold portion 12A flows through the second manifold portion 12B to the third manifold portion 12C.

したがって、第３マニホルド部１２Ｃには、ポンプ１７から空気供給配管２０ａ、第１マニホルド部１２Ａ、および第２マニホルド部１２Ｂを通過した空気と、ポンプ１７から空気供給配管２０ａ、第１マニホルド部１２Ａ、および空気追加供給配管１４Ｙを通過した空気とが供給される。この第３マニホルド部１２Ｃに供給された空気が第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに分配される。   Therefore, the third manifold portion 12C includes the air that has passed through the air supply pipe 20a, the first manifold portion 12A, and the second manifold portion 12B from the pump 17, and the air supply pipe 20a, the first manifold portion 12A from the pump 17. And the air which passed the air additional supply piping 14Y is supplied. The air supplied to the third manifold portion 12C is distributed to the plurality of cells 10a of the third group 10C.

その後、ポンプ１７が電子制御装置５０によって制御されてポンプ１７から吹き出される空気量を減少させる。   Thereafter, the pump 17 is controlled by the electronic control unit 50 to reduce the amount of air blown from the pump 17.

このため、第１マニホルド部１２Ａのうち空気追加供給配管１４Ｙの空気入口１２０側において、空気流路１２２の外側の空気圧力が低くなる。このため、第１マニホルド部１２Ａのうち空気追加供給配管１４Ｙの空気入口１２０側において、空気流路１２２内の空気圧と、空気流路１２２の外側の空気圧力との間の差圧が小さくなる。すると、開閉弁１３０の弾性変形が戻り、開閉弁１３０が空気入口１２０を閉じる。   For this reason, the air pressure outside the air flow path 122 becomes low on the air inlet 120 side of the additional air supply pipe 14Y in the first manifold section 12A. For this reason, the differential pressure between the air pressure in the air flow path 122 and the air pressure outside the air flow path 122 is reduced on the air inlet 120 side of the additional air supply pipe 14Y in the first manifold section 12A. Then, the elastic deformation of the on-off valve 130 returns, and the on-off valve 130 closes the air inlet 120.

このため、ポンプ１７から空気供給配管２０ａ、第１マニホルド部１２Ａ、および空気追加供給配管１４Ｙを通して第３マニホルド部１２Ｃに空気が供給されることが停止される。   For this reason, the supply of air from the pump 17 to the third manifold part 12C through the air supply pipe 20a, the first manifold part 12A, and the additional air supply pipe 14Y is stopped.

したがって、第１、第２、第３マニホルド部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、ポンプ１７からの空気を、矢印Ｙｃの如く、第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａに分配する。   Accordingly, the first, second, and third manifold portions 12A, 12B, and 12C use the air from the pump 17 as a plurality of cells 10a in the first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C as indicated by an arrow Yc. To distribute.

以上説明した本実施形態では、第１マニホルド部１２Ａのうち空気追加供給配管１４Ｙの空気入口１２０側において、空気流路１２２内の空気圧よりも、空気流路１２２の外側の空気圧力が高くなると、開閉弁１３０が弾性変形して空気入口１２０を開ける。   In the present embodiment described above, when the air pressure outside the air flow path 122 becomes higher than the air pressure inside the air flow path 122 on the air inlet 120 side of the additional air supply pipe 14Y in the first manifold portion 12A, The on-off valve 130 is elastically deformed to open the air inlet 120.

このため、第１マニホルド部１２Ａからの空気が空気流路１２２および吹出口１２１を通して第３マニホルド部１２Ｃに流れる。このため、第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに空気が追加供給される。   For this reason, the air from the first manifold portion 12A flows to the third manifold portion 12C through the air flow path 122 and the air outlet 121. For this reason, air is additionally supplied to the plurality of cells 10a of the third group 10C.

以上により、複数のセル１０ａに対する空気の供給不足を抑えつつ、発電効率の低下を抑えるようにした燃料電池システム１を提供することができる。   As described above, it is possible to provide the fuel cell system 1 that suppresses a decrease in power generation efficiency while suppressing a shortage of air supply to the plurality of cells 10a.

（他の実施形態）
（１）上記第１〜第３実施形態では、複数のセル１０ａを、３つの第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに分けた例について説明したが、これに代えて、複数のセル１０ａを、２つのグループ、或いは４つ以上のグループに分けてもよい。 (Other embodiments)
(1) In the first to third embodiments, the example in which the plurality of cells 10a are divided into the three first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C has been described. The cells 10a may be divided into two groups or four or more groups.

（２）上記第１〜第３実施形態では、複数のセル１０ａに供給する酸化剤ガスとして空気を用いた例について説明したが、複数のセル１０ａに供給する酸化剤ガスとして酸素ガスを用いてもよい。   (2) In the above first to third embodiments, the example in which air is used as the oxidant gas supplied to the plurality of cells 10a has been described. However, oxygen gas is used as the oxidant gas supplied to the plurality of cells 10a. Also good.

（３）上記第２実施形態では、空気追加供給配管１４Ｘから第３マニホルド部１２Ｃに空気を吹き出す吹出口（１１０、１１１、１１２）の個数を、空気追加供給配管１４Ｘから第２マニホルド部１２Ｂに空気を吹き出す吹出口（１１３、・・１１９）の個数を多くした例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。   (3) In the second embodiment, the number of outlets (110, 111, 112) for blowing air from the additional air supply pipe 14X to the third manifold part 12C is changed from the additional air supply pipe 14X to the second manifold part 12B. Although the example which increased the number of the blower outlets (113, ... 119) which blows off air was demonstrated, it may replace with this and may be as follows.

すなわち、空気追加供給配管１４Ｘから第３マニホルド部１２Ｃに空気を吹き出す吹出口の開口面積を、空気追加供給配管１４Ｘから第２マニホルド部１２Ｂに空気を吹き出す吹出口の開口面積を大きくする。   That is, the opening area of the air outlet that blows air from the additional air supply pipe 14X to the third manifold part 12C is increased, and the opening area of the air outlet that blows air from the additional air supply pipe 14X to the second manifold part 12B is increased.

これにより、第２グループ１０Ｂの複数のセル１０ａに供給される風量よりも、空気追加供給配管１４Ｘから第３グループ１０Ｃの複数のセル１０ａに供給される風量を多くすることができる。   Thereby, the air volume supplied to the several cell 10a of the 3rd group 10C from the additional air supply piping 14X can be increased rather than the air volume supplied to the several cell 10a of the 2nd group 10B.

（４）上記第１実施形態では、ポンプ１７と空気入口マニホルド１２との間に流量調整弁１５ａ、１５ｂを配置した例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。   (4) In the first embodiment, the example in which the flow rate adjusting valves 15a and 15b are arranged between the pump 17 and the air inlet manifold 12 has been described, but instead, the following may be performed.

すなわち、ポンプ１７と空気追加供給管１４ａの吹出口１４ｃとの間に流量調整弁１５ａを配置してもよい。ポンプ１７と空気追加供給管１４ｂの吹出口１４ｄとの間に流量調整弁１５ｂを配置してもよい。   That is, the flow rate adjusting valve 15a may be disposed between the pump 17 and the air outlet 14c of the additional air supply pipe 14a. A flow rate adjusting valve 15b may be disposed between the pump 17 and the outlet 14d of the additional air supply pipe 14b.

（５）上記第２実施形態では、ポンプ１７と空気入口マニホルド１２との間に流量調整弁１５ａを配置した例について説明したが、これに代えて、ポンプ１７と空気追加供給管１４Ｘの吹出口１１０との間に流量調整弁１５ａを配置してもよい。   (5) In the second embodiment, the example in which the flow rate adjusting valve 15a is disposed between the pump 17 and the air inlet manifold 12 has been described. Instead, the outlet of the pump 17 and the additional air supply pipe 14X is described. A flow rate adjustment valve 15 a may be arranged between

（６）上記第１〜３実施形態では、入口マニホールド１２を複数のセル１０ａを積層方向に貫通するように形成した例について説明したが、これに限らず、積層方に延びるように形成されて、空気を第１、第２、第３グループ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの複数のセル１０ａに分配するのであれば、複数のセル１０ａの外側に入口マニホールド１２を設けてもよい。   (6) In the first to third embodiments, the example in which the inlet manifold 12 is formed so as to penetrate the plurality of cells 10a in the stacking direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and the inlet manifold 12 is formed to extend in the stacking direction. If the air is distributed to the plurality of cells 10a of the first, second, and third groups 10A, 10B, and 10C, the inlet manifold 12 may be provided outside the plurality of cells 10a.

（７）なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。   (7) It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. Further, the above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１０ａ セル
１１ｘ、１１ｙ ターミナル
１２ 空気入口マニホルド
１３ 空気出口マニホルド
１４ａ、１４ｂ 空気追加供給管
１５ａ、１５ｂ 流量調整弁
１６ 背圧調整弁
１７ ポンプ
２０ 電気負荷
３０ 水素供給配管
３１ 水素排出配管
３２ 水素タンク
５０ 電子制御装置
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 電圧センサ
５２ 電流センサ
５３ 交流電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 10a Cell 11x, 11y Terminal 12 Air inlet manifold 13 Air outlet manifold 14a, 14b Additional air supply pipe 15a, 15b Flow control valve 16 Back pressure control valve 17 Pump 20 Electric load 30 Hydrogen supply piping 31 Hydrogen Discharge piping 32 Hydrogen tank 50 Electronic controller 51a, 51b, 51c Voltage sensor 52 Current sensor 53 AC power supply

Claims (6)

酸素を含む酸化剤ガスと水素を含む燃料ガスを電気化学反応させて電気エネルギを発生させるセル（１０ａ）を複数積層されてなる燃料電池（１０）を備え、
前記燃料電池は、前記セルの積層方向に延びるように形成されて、かつ供給元（１７）からの酸化剤ガスが入る入口（１２ａ）を前記積層方向の一方側に形成してなり、前記入口に供給される酸化剤ガスを前記複数のセルに分配する入口マニホールド（１２）を備える燃料電池システムであって、
前記複数のセルのうち前記積層方向の一方側の複数のセルをバイパスして前記積層方向の他方側の複数のセルに対して前記供給元からの酸化剤ガスを追加供給する１つ以上の空気追加供給部（１４ａ、１４ｂ、１４Ｘ、１４Ｙ）と、
前記供給元および前記吹出口の間に形成される前記酸化剤ガスの流路を開閉する弁体（１５ａ、１５ｂ）と、
前記弁体によって前記酸化剤ガスの流路を閉じて前記入口マニホールドおよび前記空気追加供給部のうち前記入口マニホールドによって前記複数のセルに酸化剤ガスを供給する通常運転と、前記弁体によって前記酸化剤ガスの流路を開けて前記入口マニホールドおよび前記空気追加供給部によって前記複数のセルに酸化剤ガスを供給するガス追加供給運転とを切り替えて実施する切替制御部（Ｓ１１５、Ｓ１２５、Ｓ１３５、Ｓ１１５Ａ、Ｓ１３５Ａ）と、を備える燃料電池システム。 A fuel cell (10) comprising a plurality of stacked cells (10a) for generating electric energy by electrochemical reaction of an oxidant gas containing oxygen and a fuel gas containing hydrogen,
The fuel cell is formed so as to extend in the stacking direction of the cells, and an inlet (12a) into which an oxidant gas from a supply source (17) enters is formed on one side in the stacking direction. A fuel cell system comprising an inlet manifold (12) for distributing the oxidant gas supplied to the plurality of cells,
One or more air that bypasses the plurality of cells on one side in the stacking direction and additionally supplies the oxidizing gas from the supply source to the plurality of cells on the other side in the stacking direction. Additional supply units (14a, 14b, 14X, 14Y);
Valve bodies (15a, 15b) for opening and closing the flow path of the oxidant gas formed between the supply source and the outlet;
A normal operation of closing the flow path of the oxidant gas by the valve body and supplying the oxidant gas to the plurality of cells by the inlet manifold of the inlet manifold and the additional air supply unit; and the oxidizer by the valve body A switching control unit (S115, S125, S135, S115A) that opens and performs a gas additional supply operation of opening an agent gas flow path and supplying an oxidant gas to the plurality of cells by the inlet manifold and the additional air supply unit. , S135A). 前記燃料電池から出力されることを要求される要求電力が所定値以上であるか否かを判定する判定部（Ｓ１１０）を備え、
前記要求電力が所定値以上であると前記判定部が判定したとき、前記切替制御部が前記通常運転から前記ガス追加供給運転に切り替える請求項１に記載の燃料電池システム。 A determination unit (S110) for determining whether or not the required power required to be output from the fuel cell is greater than or equal to a predetermined value;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the determination unit determines that the required power is equal to or greater than a predetermined value, the switching control unit switches from the normal operation to the additional gas supply operation. 前記複数のセルのうち積層方向の一方側の複数のセルのインピーダンスを算出する第１算出部（Ｓ１００）と、
前記複数のセルのうち積層方向の他方側の複数のセルのインピーダンスを算出する第２算出部（Ｓ１００）と、
前記第２算出部の算出値と前記第１算出部の算出値とに基づいて、前記複数のセルのうち前記積層方向の他方側の複数のセルへの前記酸化剤ガスの供給が不足しているか否かを判定する判定部（Ｓ１２０、Ｓ１３０）と、を備え、
前記積層方向の他方側の複数のセルへの前記酸化剤ガスの供給が不足していると前記判定部が判定したとき、前記切替制御部は、前記通常運転から前記ガス追加供給運転に切り替える請求項１または２に記載の燃料電池システム。 A first calculation unit (S100) that calculates impedances of a plurality of cells on one side in the stacking direction among the plurality of cells;
A second calculation unit (S100) that calculates impedances of a plurality of cells on the other side in the stacking direction among the plurality of cells;
Based on the calculated value of the second calculating unit and the calculated value of the first calculating unit, supply of the oxidant gas to the plurality of cells on the other side in the stacking direction among the plurality of cells is insufficient. A determination unit (S120, S130) for determining whether or not
When the determination unit determines that the supply of the oxidant gas to a plurality of cells on the other side in the stacking direction is insufficient, the switching control unit switches from the normal operation to the gas additional supply operation. Item 3. The fuel cell system according to Item 1 or 2. 複数の前記空気追加供給部（１４ａ、１４ｂ）を備え、
前記複数のセルは、複数のグループに分けられて、かつ前記グループ毎に積層方向に並べられており、
前記複数のグループのうち入口側にセルが配置されているグループを入口側グループ（１０Ａ）とし、前記複数のグループのうち前記入口側グループに対して前記積層方向の他方側に位置する複数のグループを複数の奥側グループ（１０Ｂ、１０Ｃ）としたとき、
前記複数の空気追加供給部は、それぞれ、前記複数の奥側グループのうち対応する奥側グループに酸化剤ガスを追加供給する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 A plurality of additional air supply units (14a, 14b);
The plurality of cells are divided into a plurality of groups and arranged in the stacking direction for each group,
A group in which cells are arranged on the inlet side among the plurality of groups is referred to as an inlet side group (10A), and a plurality of groups located on the other side in the stacking direction with respect to the inlet side group among the plurality of groups. Is a plurality of back side groups (10B, 10C),
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein each of the plurality of additional air supply units additionally supplies an oxidant gas to a corresponding back side group among the plurality of back side groups. 5. 前記空気追加供給部（１４Ｘ）には、前記積層方向に並べられて、かつ前記複数のセルのうち前記積層方向の他方側の複数のセルに向けて前記酸化剤ガスを追加供給する複数の吹出口（１１０〜１１９）が設けられており、
前記積層方向一方側から前記積層方向他方側に向かうほど前記複数の吹出口から吹き出される前記酸化剤ガスの吹出量が多くなるように前記複数の吹出口が構成されている請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The additional air supply section (14X) includes a plurality of blowers that are additionally supplied to the plurality of cells arranged in the stacking direction and on the other side of the plurality of cells in the stacking direction. Outlets (110-119) are provided,
The plurality of outlets are configured such that the amount of the oxidant gas blown out from the plurality of outlets increases from one side in the stacking direction to the other side in the stacking direction. The fuel cell system described in 1. 前記空気追加供給部は、前記入口マニホールド内に配置されて前記積層方向に延びる空気追加供給配管（１４Ｙ）であり、
前記空気追加供給配管は、前記入口マニホールド内のうち前記積層方向の一方側に開口されて前記入口マニホールド内から前記酸化剤ガスを導く導入口（１２０）と、前記導入口に導かれた酸化剤ガスを流通させるガス流路（１２２）と、前記入口マニホールド内のうち前記積層方向の他方側に開口されて前記ガス流路を通過した前記酸化剤ガスを吹き出す吹出口（１２１）と、を備え、
前記空気追加供給配管の前記導入口を弾性変形によって開閉する流入弁（１３０）を備え、
前記入口マニホールド内のうち前記導入口側において、前記ガス流路内の酸化剤ガスの圧力よりも前記ガス流路の外側の酸化剤ガスの圧力が高くなると、前記導入口側の酸化剤ガスの圧力と前記ガス流路に対する前記導入口の外側の酸化剤ガスの圧力との差圧によって前記流入弁が弾性変形して、前記導入口を閉じた状態から前記導入口を開けた状態になり、前記入口マニホールド内の酸化剤ガスを前記導入口、前記ガス流路、および前記排出口を通して前記積層方向の他方側の複数のセルに追加供給する請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The additional air supply unit is an additional air supply pipe (14Y) disposed in the inlet manifold and extending in the stacking direction,
The additional air supply pipe is opened to one side in the stacking direction in the inlet manifold and introduces the oxidant gas from the inlet manifold, and the oxidant led to the inlet. A gas flow path (122) through which gas flows, and a blow-out opening (121) that opens to the other side in the stacking direction in the inlet manifold and blows out the oxidant gas that has passed through the gas flow path. ,
An inflow valve (130) for opening and closing the inlet of the additional air supply pipe by elastic deformation;
When the pressure of the oxidant gas outside the gas flow path becomes higher than the pressure of the oxidant gas in the gas flow path on the inlet side in the inlet manifold, The inflow valve is elastically deformed by a pressure difference between the pressure and the pressure of the oxidant gas outside the introduction port with respect to the gas flow path, and the introduction port is opened from the closed state, 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein an oxidant gas in the inlet manifold is additionally supplied to a plurality of cells on the other side in the stacking direction through the inlet, the gas flow path, and the outlet.
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