JP2019129141A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2019129141A
JP2019129141A JP2018158645A JP2018158645A JP2019129141A JP 2019129141 A JP2019129141 A JP 2019129141A JP 2018158645 A JP2018158645 A JP 2018158645A JP 2018158645 A JP2018158645 A JP 2018158645A JP 2019129141 A JP2019129141 A JP 2019129141A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
cooling water
reaction gas
stack
water flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018158645A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
秀之 久米井
Hideyuki Kumei
秀之 久米井
徳彦 秡川
Norihiko Hatsugawa
徳彦 秡川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to DE102019100012.2A priority Critical patent/DE102019100012A1/en
Priority to CN201910047244.8A priority patent/CN110197917A/en
Priority to US16/253,890 priority patent/US10756360B2/en
Publication of JP2019129141A publication Critical patent/JP2019129141A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/0441Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04417Pressure; Ambient pressure; Flow of the coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664Failure or abnormal function
    • H01M8/04679Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04768Pressure; Flow of the coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

To provide a fuel cell system determining a cause of accumulation of bubbles in a cooling water flow path of a fuel cell stack.SOLUTION: A fuel cell system includes: a fuel cell stack which includes a stacked body where a plurality of unit cells are stacked, the unit cell on one end side being located above the unit cell on the other end side in a gravity direction, a reactant gas flow path formed in the stacked body, and a cooling water flow path formed in the stacked body, and extending from a side of the unit cell on the other end side to a side of the unit cell on one end side and extending again to the side of the unit cell on the other end side; a pump that supplies cooling water to the cooling water flow path; a supply device that supplies reactant gas to the reactant gas flow path; and a control device which includes a bubble determination portion configured to determine whether or not accumulation of bubbles is caused in the cooling water flow path, and a cause determination portion configured to determine whether or not accumulation of bubbles is caused due to leakage of the reactant gas from the reactant gas flow path, when the bubble determination portion determines that accumulation of bubbles is caused.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

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

燃料電池スタックは、複数の単セルが積層された積層体を有し、この積層体内には、反応ガスが流れる反応ガス流路と冷却水が流れる冷却水流路とが形成されている。この冷却水流路内に気泡が滞留していると、燃料電池スタックの冷却効率が低下して発電効率が低下する場合がある。このため特許文献1では、冷却水流路に冷却水を供給するポンプの回転速度を変更することにより、冷却水流路から気泡を排出している。   The fuel cell stack has a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked, and in the stacked body, a reaction gas flow path through which a reaction gas flows and a cooling water flow path through which cooling water flows are formed. If air bubbles remain in the cooling water flow path, the cooling efficiency of the fuel cell stack may decrease and the power generation efficiency may decrease. For this reason, in patent document 1, the bubble is discharged | emitted from a cooling water flow path by changing the rotational speed of the pump which supplies cooling water to a cooling water flow path.

特開2014−86156号公報JP 2014-86156 A

このように気泡が滞留した場合には、その原因に応じて適切な対処を行うことが望ましいが、気泡の滞留の原因を判定することは従来行われていなかった。   When air bubbles stay in this way, it is desirable to take appropriate measures depending on the cause, but determining the cause of air bubble retention has not been performed conventionally.

本発明は、燃料電池スタックの冷却水流路内での気泡の滞留の原因を判定する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 that determines the cause of the retention of bubbles in a cooling water flow path of a fuel cell stack.

上記目的は、複数の単セルが積層され一端側の前記単セルは他端側の前記単セルよりも重力方向の上方側に位置している積層体、前記積層体内に形成された反応ガス流路、前記積層体内に形成され他端側の前記単セル側から一端側の前記単セル側に延びて再び他端側の前記単セル側に延びた冷却水流路、を有した燃料電池スタックと、冷却水を前記冷却水流路に供給するポンプと、反応ガスを前記反応ガス流路に供給する供給装置と、前記冷却水流路内での気泡の滞留の有無を判定する気泡判定部と、前記気泡判定部により気泡の滞留が有ると判定された場合に気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであるか否かを判定する原因判定部と、を含む制御装置と、を備えた燃料電池システムによって達成できる。   The above object is a laminated body in which a plurality of unit cells are stacked and the unit cell on one end side is positioned on the upper side in the direction of gravity than the unit cell on the other end side; A fuel cell stack having a passage, a cooling water flow path formed in the stacked body, extending from the unit cell side on the other end side to the unit cell side on the one end side and extending again to the unit cell side on the other end side; A pump for supplying cooling water to the cooling water flow path, a supply device for supplying a reaction gas to the reaction gas flow path, an air bubble determination unit for determining presence or absence of air bubbles in the cooling water flow path, A cause determination unit that determines whether or not the cause of the bubble retention is a leak of the reaction gas from the reaction gas flow path when it is determined by the bubble determination unit that there is a bubble retention; and The present invention can be achieved by a fuel cell system provided with.

気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークではないと判定された場合に、滞留した気泡を前記冷却水流路から除去する除去装置を備えていてもよい。   If it is determined that the cause of the bubble retention is not a leak of the reaction gas from the reaction gas flow passage, a removal device may be provided to remove the staying bubble from the cooling water flow passage.

前記除去装置は、回転速度を増減して前記冷却水流路から気泡を排出する前記ポンプであってもよい。   The said removal apparatus may be the said pump which discharges | emits a bubble from the said cooling water flow path by increasing / decreasing a rotational speed.

気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定された場合に警告する警告装置を備えていてもよい。   A warning device may be provided that warns when it is determined that the cause of the bubble retention is leakage of the reaction gas from the reaction gas flow path.

前記原因判定部は、前記ポンプが停止し前記供給装置が反応ガスを前記反応ガス流路に供給している状態で、前記冷却水流路内の圧力の上昇量が所定値以上の場合、及び前記反応ガス流路内の圧力の低下量が所定値以下の場合、の少なくとも何れかの場合に、気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定してもよい。   When the pump is stopped and the supply device supplies the reaction gas to the reaction gas flow path, the cause determining unit is configured to increase the pressure in the cooling water flow path to a predetermined value or more. In at least one of the cases where the pressure decrease amount in the reaction gas flow channel is less than or equal to a predetermined value, it may be determined that the cause of the bubble retention is the leak of the reaction gas from the reaction gas flow channel .

前記原因判定部は、前記供給装置が反応ガスの前記反応ガス流路への供給量を増大した場合に、複数の前記単セルのうち最もセル電圧が低い前記単セルの位置が重力方向下方に移動した場合、及び複数の前記単セルのうち最も温度が高い前記単セルの位置が重力方向下方に移動した場合、の少なくとも何れかの場合に、気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定してもよい。   When the supply device increases the supply amount of the reaction gas to the reaction gas flow path, the cause determining unit determines that the position of the single cell having the lowest cell voltage among the plurality of single cells is directed downward in the direction of gravity. When at least one of the plurality of unit cells and the position of the unit cell having the highest temperature among the plurality of unit cells has moved downward in the direction of gravity, the cause of the bubble retention is from the reaction gas flow path. It may be determined that the reaction gas leaks.

本発明によれば、燃料電池スタックの冷却水流路内での気泡の滞留の原因を判定する燃料電池システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which determines the cause of the retention of the bubble in the cooling water flow path of a fuel cell stack can be provided.

図1は、車両に搭載された燃料電池システムの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system mounted on a vehicle. 図2は、スタックを構成する積層体の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a stack constituting the stack. 図3は、制御装置が実行する制御の一例を示したフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of control executed by the control device. 図4A〜図4Cは、冷却水流路内に気泡が存在しない場合の説明図であり、図4D〜図4Fは、冷却水流路内に気泡が滞留している場合の説明図である。4A to 4C are explanatory diagrams when bubbles are not present in the cooling water flow path, and FIGS. 4D to 4F are explanatory diagrams when bubbles are retained in the cooling water flow paths. 図5は、気泡判定処理の一例を示したフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of the bubble determination process. 図6Aは、本実施例での原因判定条件確認処理の一例を示したフローチャートであり、図6Bは、本実施例での原因判定処理の一例を示したフローチャートである。FIG. 6A is a flowchart showing an example of the cause determination condition confirmation process in the present embodiment, and FIG. 6B is a flowchart showing an example of the cause determination process in the present embodiment. 図7は、原因判定条件確認処理の変形例を示したフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a variation of the cause determination condition confirmation process. 図8Aは、原因判定条件確認処理の変形例を示したフローチャートであり、図8Bは、原因判定処理の変形例を示したフローチャートである。FIG. 8A is a flowchart showing a modification of the cause determination condition confirmation process, and FIG. 8B is a flowchart showing a modification of the cause determination process. 図9は、原因判定処理の変形例を示したフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a variation of the cause determination process. 図10A及び図10Bは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。10A and 10B are flowcharts of a variation of the cause determination process. 図11Aは、原因判定条件確認処理の変形例のフローチャートであり、図11Bは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。FIG. 11A is a flowchart of a modification of the cause determination condition confirmation process, and FIG. 11B is a flowchart of a modification of the cause determination process. 図12A〜図12Fは、複数の単セルのセル電圧の変化についての説明図である。12A to 12F are explanatory diagrams of changes in the cell voltage of a plurality of single cells.

図1は、車両に搭載された燃料電池システム1の概略図である。車両は、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車などである。ただし、燃料電池システム(以下、システムと称する)1は、車両以外の各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボット等)や定置型電源にも適用可能である。システム1は、燃料電池スタック(以下、単にスタックと称する)20、制御装置30、水素ガス供給システム120、空気供給システム140、及び冷却水供給システム160を含む。システム1は、スタック20の発電電力を車両走行用のモータ等に供給する。   FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system 1 mounted on a vehicle. Vehicles are fuel cell vehicles, electric vehicles, hybrid vehicles and the like. However, the fuel cell system (hereinafter referred to as a system) 1 is applicable to various mobile bodies (for example, ships, airplanes, robots, etc.) other than vehicles and stationary power sources. The system 1 includes a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a stack) 20, a control device 30, a hydrogen gas supply system 120, an air supply system 140, and a cooling water supply system 160. The system 1 supplies the generated power of the stack 20 to a motor for traveling the vehicle.

制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたコンピュータであり、イグニッションスイッチ101やアクセルペダルAP等のセンサ入力を受けてシステム1の種々の制御を実行する。また、制御装置30には、車両に搭載されたイグニッションスイッチ101が電気的に接続されており、イグニッションスイッチ101がオンとなることにより制御装置30によりシステム1が起動し、イグニッションスイッチ101がオフとなることにより制御装置30によりシステム1が停止する。また、詳しくは後述するが外気温センサ102により検出された外気温は、制御装置30に出力される。HMI装置103は、詳しくは後述するが、所定の場合に車両の搭乗者に警告をする警告装置の一例である。HMI装置103は、例えば、画像で警告を表示可能なディスプレイ及び音声で警告を出力可能なスピーカの少なくともの一方を含む。   The control device 30 is a computer that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control device 30 receives sensor inputs from the ignition switch 101, the accelerator pedal AP, and the like. Perform various controls. In addition, an ignition switch 101 mounted on the vehicle is electrically connected to the control device 30. When the ignition switch 101 is turned on, the system 1 is started by the control device 30, and the ignition switch 101 is turned off. As a result, the control device 30 stops the system 1. Also, although the details will be described later, the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 102 is output to the control device 30. Although described in detail later, the HMI device 103 is an example of a warning device that warns a vehicle occupant in a predetermined case. The HMI device 103 includes, for example, at least one of a display capable of displaying a warning with an image and a speaker capable of outputting a warning with sound.

スタック20は、固体高分子電解質型であり、複数の単セルが積層され、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)との供給を受けて発電する。スタック20の発電電流及び発電電圧は、それぞれ電流センサ106及び電圧センサ107により検出され、その検出結果は制御装置30に出力される。尚、セルモニタ108については後述する。スタック20には、燃料ガスが流れる燃料ガス流路12、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路14、冷却水が流れる冷却水流路16が形成されている。スタック20の詳細については後述する。   The stack 20 is a solid polymer electrolyte type, a plurality of single cells are stacked, and power is generated by receiving supply of a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) as reaction gases. The generated current and generated voltage of the stack 20 are detected by the current sensor 106 and the voltage sensor 107, respectively, and the detection results are output to the control device 30. The cell monitor 108 will be described later. The stack 20 includes a fuel gas passage 12 through which fuel gas flows, an oxidant gas passage 14 through which oxidant gas flows, and a cooling water passage 16 through which cooling water flows. Details of the stack 20 will be described later.

水素ガス供給システム120は、スタック20に発電に供する水素を供給する。具体的には、水素ガス供給システム120は、タンク110、水素供給経路121、循環経路122、放出経路123、タンク弁124、圧力調整弁125、噴射弁126、循環ポンプ127、気液分離器128、開閉弁129、及び圧力センサ12Pを備えている。水素ガス供給システム120は、水素ガスをスタック20の燃料ガス流路12に供給する供給装置の一例である。   The hydrogen gas supply system 120 supplies the stack 20 with hydrogen for power generation. Specifically, the hydrogen gas supply system 120 includes a tank 110, a hydrogen supply path 121, a circulation path 122, a discharge path 123, a tank valve 124, a pressure control valve 125, an injection valve 126, a circulation pump 127, a gas-liquid separator 128. , An on-off valve 129, and a pressure sensor 12P. The hydrogen gas supply system 120 is an example of a supply device that supplies hydrogen gas to the fuel gas flow path 12 of the stack 20.

水素ガスは、タンク110から水素供給経路121を介してスタック20の燃料ガス流路12に供給される。タンク弁124、圧力調整弁125、及び噴射弁126は、水素供給経路121の上流側から順に設けられている。循環経路122は、スタック20の燃料ガス流路12から排出された燃料オフガスを水素供給経路121に循環させる。水素ガスの供給量は、アクセルペダルAPの操作に基づいて、制御装置30により各種弁の開閉が制御されることによって調整される。   Hydrogen gas is supplied from the tank 110 to the fuel gas flow path 12 of the stack 20 via the hydrogen supply path 121. The tank valve 124, the pressure control valve 125, and the injection valve 126 are sequentially provided from the upstream side of the hydrogen supply path 121. The circulation path 122 circulates the fuel off-gas discharged from the fuel gas flow path 12 of the stack 20 to the hydrogen supply path 121. The supply amount of hydrogen gas is adjusted by controlling the opening / closing of various valves by the control device 30 based on the operation of the accelerator pedal AP.

循環ポンプ127及び気液分離器128は、循環経路122上に設けられ、循環ポンプ127は、気液分離器128で分離した燃料オフガスを水素供給経路121に循環させる。気液分離器128で分離した水分と一部の燃料オフガスは、気液分離器128から分岐した放出経路123及び開閉弁129を介して放出経路142に放出される。圧力センサ12Pは、スタック20の出口と気液分離器128との間の循環経路122上に設けられており、スタック20の燃料ガス流路12内での圧力、換言すれば燃料ガス流路12内での燃料ガスの圧力を検出し、その検出結果が制御装置30へ出力される。   The circulation pump 127 and the gas-liquid separator 128 are provided on the circulation path 122, and the circulation pump 127 circulates the fuel off gas separated by the gas-liquid separator 128 to the hydrogen supply path 121. The water separated by the gas-liquid separator 128 and a part of the fuel off gas are discharged to the discharge path 142 through the discharge path 123 and the on-off valve 129 branched from the gas-liquid separator 128. The pressure sensor 12P is provided on the circulation path 122 between the outlet of the stack 20 and the gas-liquid separator 128, and the pressure in the fuel gas flow path 12 of the stack 20, in other words, the fuel gas flow path 12 The pressure of the fuel gas inside is detected, and the detection result is output to the control device 30.

空気供給システム140は、スタック20に空気を供給する。具体的には、空気供給システム140は、エアコンプレッサ149、空気供給経路141、放出経路142、バイパス弁145、マフラー146、インタークーラ147、バイパス経路148、及び圧力センサ14Pを備えている。空気供給システム140は、酸化剤ガスをスタック20の酸化剤ガス流路14に供給する供給装置の一例である。   The air supply system 140 supplies air to the stack 20. Specifically, the air supply system 140 includes an air compressor 149, an air supply path 141, a discharge path 142, a bypass valve 145, a muffler 146, an intercooler 147, a bypass path 148, and a pressure sensor 14P. The air supply system 140 is an example of a supply device that supplies an oxidant gas to the oxidant gas flow path 14 of the stack 20.

外部からエアークリーナ144を経て取り込まれた空気は、空気供給経路141を介して、エアコンプレッサ149により圧縮され、インタークーラ147により冷却されて、スタック20の酸化剤ガス流路14に供給される。   The air taken in from the outside through the air cleaner 144 is compressed by the air compressor 149 via the air supply path 141, cooled by the intercooler 147, and supplied to the oxidant gas flow path 14 of the stack 20.

空気供給経路141からバイパス経路148が分岐した分岐点に、バイパス弁145が設けられている。バイパス弁145は、スタック20へ供給される空気の流量と、バイパス経路148を介してスタック20をバイパスする空気の流量を調整する。放出経路142は、スタック20の酸化剤ガス流路14から排出された酸化剤オフガスを大気放出する。調圧弁143は、酸化剤オフガスの流量及びカソード側の背圧を調整する。圧力センサ14Pは、酸化剤ガス流路14の出口と調圧弁143との間の放出経路142に設けられており、スタック20での酸化剤ガス流路14内での圧力、換言すれば酸化剤ガス流路14内での酸化剤ガスの圧力を検出し、その検出結果が制御装置30へ出力される。スタック20への空気の供給量も、水素ガスと同様に、アクセルペダルAPの操作に基づいて各種機器が制御装置30に制御されることにより調整される。マフラー146は、放出経路142に設けられて放出経路142を通過する空気により発生する音を低減する。   A bypass valve 145 is provided at a branch point where the bypass path 148 branches from the air supply path 141. The bypass valve 145 adjusts the flow rate of air supplied to the stack 20 and the flow rate of air that bypasses the stack 20 via the bypass path 148. The release passage 142 releases the oxidant off gas exhausted from the oxidant gas passage 14 of the stack 20 to the atmosphere. The pressure regulating valve 143 adjusts the flow rate of the oxidant off-gas and the back pressure on the cathode side. The pressure sensor 14P is provided in the discharge path 142 between the outlet of the oxidant gas channel 14 and the pressure regulating valve 143, and the pressure in the oxidant gas channel 14 in the stack 20, in other words, the oxidant The pressure of the oxidant gas in the gas flow channel 14 is detected, and the detection result is output to the control device 30. The supply amount of air to the stack 20 is also adjusted by controlling various devices by the control device 30 based on the operation of the accelerator pedal AP, similarly to hydrogen gas. The muffler 146 is provided in the discharge path 142 to reduce the sound generated by the air passing through the discharge path 142.

冷却水供給システム160は、冷却水を所定の経路を経て循環させることにより、スタック20を冷却する。具体的には、冷却水供給システム160は、ラジエータ150、ファン152、リザーブタンク154、循環経路161、バイパス経路162、三方弁163、電動式のポンプ164、イオン交換器165、水圧センサ16P、水温センサ16T、及び分配経路169を備える。   The cooling water supply system 160 cools the stack 20 by circulating cooling water through a predetermined path. Specifically, the cooling water supply system 160 includes a radiator 150, a fan 152, a reserve tank 154, a circulation path 161, a bypass path 162, a three-way valve 163, an electric pump 164, an ion exchanger 165, a water pressure sensor 16P, and a water temperature. A sensor 16T and a distribution path 169 are provided.

ポンプ164により圧送される冷却水は、循環経路161を流通し、ファン152による送風によりラジエータ150で熱交換されて冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、スタック20の冷却水流路16に供給されてスタック20が冷却される。水圧センサ16Pは、スタック20の冷却水流路16から排出され循環経路161を流れる冷却水の圧力を検出し、その検出結果が制御装置30に出力される。水圧センサ16Pは、冷却水流路16の出口近傍に設けられているため、実質的に冷却水流路16内の圧力を検出する。水温センサ16Tは、スタック20の冷却水流路16から排出され循環経路161を流れる冷却水の温度を検出する。水温センサ16Tは、スタック20から排出されラジエータ150に流れる前の冷却水の温度を検出し、この冷却水の温度はスタック20の温度と略相関するため、水温センサ16Tは実質的にスタック20の温度を検出している。バイパス経路162は、循環経路161から分岐してラジエータ150をバイパスし、三方弁163は、バイパス経路162を流通する冷却水の流量を調整する。イオン交換器165は、バイパス経路162上に、バイパス経路162を流れる冷却水の一部が流れるように設けられている。   The cooling water pumped by the pump 164 flows through the circulation path 161, and heat is exchanged by the radiator 150 by air blown by the fan 152 to cool the cooling water. The cooled cooling water is supplied to the cooling water flow path 16 of the stack 20 to cool the stack 20. The water pressure sensor 16 </ b> P detects the pressure of the cooling water discharged from the cooling water flow path 16 of the stack 20 and flowing through the circulation path 161, and the detection result is output to the control device 30. Since the water pressure sensor 16P is provided in the vicinity of the outlet of the cooling water channel 16, the pressure in the cooling water channel 16 is substantially detected. The water temperature sensor 16T detects the temperature of the cooling water discharged from the cooling water flow path 16 of the stack 20 and flowing through the circulation path 161. The water temperature sensor 16 T detects the temperature of the cooling water discharged from the stack 20 and before flowing to the radiator 150, and the temperature of the cooling water substantially correlates with the temperature of the stack 20. The temperature is detected. The bypass path 162 branches from the circulation path 161 and bypasses the radiator 150, and the three-way valve 163 adjusts the flow rate of the cooling water flowing through the bypass path 162. The ion exchanger 165 is provided on the bypass path 162 so that a part of the cooling water flowing through the bypass path 162 flows.

ラジエータ150にはリザーブタンク154が接続されている。リザーブタンク154は、冷却水を貯留する大気開放式の容器である。したがって、リザーブタンク154に蓄えている冷却水の液面における圧力は大気圧になる。リザーブタンク154に余剰冷却水を貯留しておくことによって、各流路を循環する冷却水の液量の低下を抑制することができる。リザーブタンク154は、冷却水中に混入した気泡を気液分離する機能を有している。   The reserve tank 154 is connected to the radiator 150. The reserve tank 154 is an open air container that stores cooling water. Accordingly, the pressure at the coolant level stored in the reserve tank 154 becomes atmospheric pressure. By storing surplus cooling water in the reserve tank 154, it is possible to suppress a decrease in the amount of cooling water circulating through each flow path. The reserve tank 154 has a function of separating air and liquid mixed in the cooling water.

分配経路169は、循環経路161から分岐してインタークーラ147に接続され再び循環経路161に接続されている。これにより、冷却水は分配経路169を介してインタークーラ147に供給され、インタークーラ147を通過する空気がこの冷却水により冷却される。   The distribution path 169 branches from the circulation path 161 and is connected to the intercooler 147 and is connected to the circulation path 161 again. Thereby, the cooling water is supplied to the intercooler 147 via the distribution path 169, and the air passing through the intercooler 147 is cooled by this cooling water.

図2は、スタック20を構成する積層体10の模式図である。積層体10は、複数の単セル10−1、10−2…10−nが積層されており、これらの単セルの積層された方向が略重力方向に沿う姿勢で配置されている。換言すれば、積層体10は、一端側の単セル10−1が他端側の単セル10−nよりも重力方向の上方に位置する姿勢で配置されている。これらの単セルはn枚積層されている。単セル10−1は、これら複数の単セルのうち最も重力方向の上方側に位置している。単セル10―nは、これら複数の単セルのうち最も重力方向の下方側に位置している。各単セルは、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)、MEGAを支持する絶縁部材、及びMEGAと絶縁部材を挟持する一対のセパレータを有している。MEGAは、電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ形成された触媒層と、触媒層にそれぞれ接合された一対のガス拡散層とを有している。尚、図示はしていないが、これらの複数の単セルを挟持するように、一対の集電板、一対の絶縁板、及び一対のエンドプレートが配置されている。また、セルモニタ108は、各単セルのセル電圧を検出し、その検出結果を制御装置30に出力する。   FIG. 2 is a schematic view of the stack 10 constituting the stack 20. As shown in FIG. In the laminate 10, a plurality of unit cells 10-1, 10-2... 10-n are stacked, and the direction in which these unit cells are stacked is arranged substantially along the direction of gravity. In other words, the laminate 10 is disposed in a posture in which the unit cell 10-1 on one end side is positioned above the unit cell 10-n on the other end side in the gravity direction. The n single cells are stacked. The single cell 10-1 is located on the uppermost side in the gravity direction among the plurality of single cells. The single cell 10-n is located on the lowermost side in the gravity direction among the plurality of single cells. Each single cell includes a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA), an insulating member supporting the MEGA, and a pair of separators sandwiching the MEGA and the insulating member. The MEGA has an electrolyte membrane, a catalyst layer formed on each side of the electrolyte membrane, and a pair of gas diffusion layers respectively joined to the catalyst layer. Although not shown, a pair of current collectors, a pair of insulating plates, and a pair of end plates are disposed to sandwich the plurality of unit cells. Also, the cell monitor 108 detects the cell voltage of each single cell, and outputs the detection result to the control device 30.

積層体10の内部には上述した冷却水流路16が形成されている。冷却水流路16は、積層体10を積層方向に貫通した冷却水供給マニホールド16a及び冷却水排出マニホールド16b(以下、共に冷却水マニホールドと称する)と、隣接する単セルのセパレータ間で画定される不図示の流路とを含む。冷却水マニホールド16a及び16bは、全ての単セルを貫通するように形成されている。また、冷却水マニホールド16a及び16bは、単セル10―n側に配置されている集電板、絶縁板、及びエンドプレートを貫通して形成されている。冷却水は、上述した循環経路161から冷却水マニホールド16aに流れ、上記の流路を介して冷却水マニホールド16bから循環経路161に排出される。換言すれば、冷却水流路16は、積層体10内に形成され他端側の単セル10−n側から一端側の単セル10−1に延びて再び他端側の単セル10−n側に延びている。このように形成された冷却水流路16内を冷却水が流れることにより、複数の単セルは冷却される。尚、本明細書では、冷却水マニホールド16a及び16bと隣接する単セル間に形成された流路とを全て含めて、積層体10に形成された冷却水流路16と称する。   The cooling water flow path 16 described above is formed inside the laminate 10. The cooling water flow passage 16 is formed between the cooling water supply manifold 16a and the cooling water discharge manifold 16b (both together referred to as a cooling water manifold) penetrating the laminate 10 in the stacking direction and the separators of adjacent single cells. And the illustrated flow path. The cooling water manifolds 16a and 16b are formed to penetrate all the single cells. The cooling water manifolds 16a and 16b are formed so as to penetrate the current collecting plate, the insulating plate, and the end plate disposed on the single cell 10-n side. The cooling water flows from the above-described circulation path 161 to the cooling water manifold 16a and is discharged from the cooling water manifold 16b to the circulation path 161 through the above-described flow path. In other words, the cooling water flow path 16 is formed in the laminate 10 and extends from the unit cell 10-n side at the other end to the unit cell 10-1 at the one end side, and is again at the unit cell 10-n side at the other end It extends to The cooling water flows in the cooling water flow path 16 formed in this manner, whereby the plurality of single cells are cooled. In the present specification, all of the cooling water manifolds 16a and 16b and the flow path formed between adjacent single cells are collectively referred to as the cooling water flow path 16 formed in the laminate 10.

尚、スタック20の燃料ガス流路12も冷却水流路16と構成が類似している。燃料ガス流路12は、積層体10を積層方向に貫通した燃料ガス供給マニホールド及び燃料ガス排出マニホールドと、各単セルの一方のセパレータと膜電極ガス拡散層接合体との間で画定される不図示の流路とを含む。同様に、酸化剤ガス流路14は、積層体10を積層方向に貫通した酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドと、各単セルの他方のセパレータと膜電極ガス拡散層接合体との間で画定される不図示の流路とを含む。これにより、各単セルに燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されスタック20が発電する。   The fuel gas passage 12 of the stack 20 is also similar in configuration to the cooling water passage 16. The fuel gas flow passage 12 is formed between the fuel gas supply manifold and the fuel gas discharge manifold which penetrate the stack 10 in the stacking direction, and one of the separators of each unit cell and the membrane electrode gas diffusion layer assembly. And the illustrated flow path. Similarly, the oxidant gas flow path 14 includes an oxidant gas supply manifold and an oxidant gas discharge manifold penetrating the laminated body 10 in the lamination direction, and the other separator of each single cell and the membrane electrode gas diffusion layer assembly. And a flow path (not shown) defined therebetween. Thereby, the fuel gas and the oxidant gas are supplied to each unit cell, and the stack 20 generates power.

制御装置30は、詳しくは後述するが、冷却水流路16内の気泡の滞留を判定する気泡判定処理、原因判定処理の実行の前提条件を確認する原因判定条件確認処理、リークの有無を判定する判定処理、冷却水流路16から気泡を排出する気泡排出処理、気泡排出処理を禁止する気泡排出禁止処理を含む制御を実行する。これらの処理は、制御装置30のCPU、ROM、RAM等により機能的に実現される。以下に制御装置30が実行する制御について説明する。   As will be described in detail later, the control device 30 determines a bubble determination process for determining the retention of bubbles in the cooling water flow path 16, a cause determination condition confirmation process for confirming a precondition for executing the cause determination process, and whether or not there is a leak. Control including determination processing, bubble discharge processing for discharging bubbles from the cooling water flow path 16, and bubble discharge prohibition processing for prohibiting bubble discharge processing is executed. These processes are functionally realized by the CPU, the ROM, the RAM, and the like of the control device 30. The control which control device 30 performs below is explained.

図3は、制御装置30が実行する制御の一例を示したフローチャートである。尚、この制御は所定の周期で繰り返し実行される。最初に、冷却水流路16内に気泡が滞留しているか否かについて判定する気泡判定処理が実行される(ステップS1)。冷却水流路16内に気泡が存在することにより、スタック20が十分に冷却されずに発電効率が低下する可能性があるため、このような気泡判定処理が実行される。気泡判定処理の詳細については後述する。尚、冷却水流路16内に気泡が滞留する原因として、システム1の製造時又はシステム1の冷却水交換時等に冷却水供給システム160内に混入した空気か、燃料ガス流路12及び酸化剤ガス流路14の一方から冷却水流路16へリークした反応ガスが考えられる。例えば燃料ガスが燃料ガス流路12から冷却水流路16へリークする場合とは、スタック20内で燃料ガス流路12と冷却水流路16とをシールするシール部材のシール性が、何らかの理由により悪化したことが考えられる。酸化剤ガスが酸化剤ガス流路14から冷却水流路16へリークする場合も同様である。   FIG. 3 is a flow chart showing an example of control that the control device 30 executes. This control is repeatedly executed at a predetermined cycle. First, a bubble determination process for determining whether or not bubbles are retained in the cooling water flow path 16 is performed (step S1). Such a bubble determination process is performed because the presence of the air bubbles in the cooling water flow path 16 may reduce the power generation efficiency without sufficiently cooling the stack 20. Details of the bubble determination process will be described later. In addition, as a cause of the air bubbles staying in the cooling water flow path 16, the air mixed in the cooling water supply system 160 at the time of manufacture of the system 1, at the time of cooling water exchange of the system 1, etc. It is conceivable that the reaction gas leaked from one of the gas flow channels 14 to the cooling water flow channel 16. For example, when the fuel gas leaks from the fuel gas flow path 12 to the cooling water flow path 16, the sealing performance of the seal member that seals the fuel gas flow path 12 and the cooling water flow path 16 in the stack 20 deteriorates for some reason. It is thought that it did. The same applies when the oxidant gas leaks from the oxidant gas flow path 14 to the cooling water flow path 16.

次に、気泡判定処理の結果に基づいて、気泡の滞留が有るか否かが判定される(ステップS3)。ステップS3で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップS3で肯定判定の場合には、原因判定条件が成立したか否かを確認する原因判定条件確認処理が実行される(ステップS5)。次に、原因判定条件確認処理の結果に基づいて、原因判定条件が成立したか否かが判定される(ステップS7)。原因判定条件とは、後述する原因判定処理を実行するために要求される前提条件である。原因判定条件については、詳しくは後述する。ステップS7で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップS7で肯定判定の場合には、原因判定処理が実行される(ステップS9)。原因判定処理では、冷却水流路16内での気泡滞留の原因が反応ガスのリークによるものであるか否かを判定するための処理が実行される。   Next, based on the result of the bubble determination process, it is determined whether or not bubbles remain (step S3). In the case of a negative determination in step S3, this control ends. If the determination in step S3 is affirmative, a cause determination condition confirmation process for confirming whether the cause determination condition is satisfied is executed (step S5). Next, based on the result of the cause determination condition confirmation process, it is determined whether or not the cause determination condition is satisfied (step S7). The cause determination condition is a precondition required to execute a cause determination process described later. The cause determination condition will be described later in detail. In the case of a negative determination in step S7, the present control ends. If the determination in step S7 is affirmative, cause determination processing is executed (step S9). In the cause determination process, a process for determining whether or not the cause of the bubble retention in the cooling water flow path 16 is due to the leakage of the reaction gas is executed.

次に、反応ガスのリークが有るか否かが判定される(ステップS11)。ステップS11で否定判定の場合には、ポンプ164の回転速度を増減して冷却水流路16から気泡を排出する気泡排出処理が実行される(ステップS13)。具体的には、ポンプ164の回転速度を所定の時間間隔で高速及び低速に交互に繰り返し切替えることにより、冷却水流路16内での冷却水の流量を増大及び減少が繰り返され、これにより冷却水流路16からの気泡の排出が促進される。冷却水流路16から排出された気泡は循環経路161を介してリザーブタンク154内に導かれて外気へと排出される。これにより冷却水供給システム160内から気泡を排出することができる。ポンプ164は、滞留した気泡を冷却水流路16から除去する除去装置の一例である。従って、冷却水流路16から排出された気泡が再度スタック20の冷却水流路16内に戻されることを抑制でき、スタック20の冷却効率及び発電効率の低下が抑制される。   Next, it is determined whether there is a leak of reaction gas (step S11). In the case of a negative determination in step S11, a bubble discharge process of discharging air bubbles from the cooling water flow path 16 by increasing or decreasing the rotational speed of the pump 164 is executed (step S13). Specifically, by repeatedly switching the rotational speed of the pump 164 alternately at high speed and low speed at predetermined time intervals, the flow rate of the cooling water in the cooling water flow path 16 is repeatedly increased and decreased, whereby the cooling water flow Discharge of air bubbles from the passage 16 is promoted. Bubbles discharged from the cooling water flow path 16 are guided into the reserve tank 154 via the circulation path 161 and discharged to the outside air. Thereby, air bubbles can be discharged from the cooling water supply system 160. The pump 164 is an example of a removal device that removes the accumulated air bubbles from the cooling water flow path 16. Therefore, it is possible to suppress that the air bubbles discharged from the cooling water flow passage 16 are returned to the cooling water flow passage 16 of the stack 20 again, and the reduction of the cooling efficiency and the power generation efficiency of the stack 20 is suppressed.

尚、上記の除去装置の一例としてポンプ164を説明したが、これに限定されない。例えば、除去装置として、スタック20を振動させる振動子であってもよい。この振動子は、スタック20を振動させることにより冷却水流路16から気泡を排出することにより除去できる。振動子としては、例えば、超音波振動子であるPZT等の圧電セラミックである。例えば、スタック20のケースの外壁面にこのような振動子を設置し、単セルの位置ずれが生じない程度にスタック20を振動させる。これにより、例えば互いに対向したセパレータの対向面側に形成された凹凸状の流路溝に留まっていた気泡を、冷却水マニホールド16bにまで流すことを促進し、冷却水流路16から気泡を排出することを促進できる。   In addition, although the pump 164 was demonstrated as an example of said removal apparatus, it is not limited to this. For example, as the removing device, a vibrator that vibrates the stack 20 may be used. The vibrator can be removed by discharging air bubbles from the cooling water flow path 16 by vibrating the stack 20. The vibrator is, for example, a piezoelectric ceramic such as PZT which is an ultrasonic vibrator. For example, such a vibrator is installed on the outer wall surface of the case of the stack 20, and the stack 20 is vibrated to such an extent that a single cell is not displaced. This promotes, for example, the flow of the air bubbles remaining in the uneven flow channel grooves formed on the opposing surface sides of the separators facing each other to the cooling water manifold 16 b and discharges the air bubbles from the cooling water flow channel 16. Can promote things.

ステップS11で肯定判定の場合には、上記の気泡排出処理を禁止する気泡排出禁止処理が実行される(ステップS15)。上述したようにステップS11で肯定判定の場合とは、燃料ガス流路12及び酸化剤ガス流路14の少なくとも一方から冷却水流路16に反応ガスがリークしている状態にある。このため、上述したように気泡排出処理を実行して冷却水流路16から気泡を排出したとしても、再び反応ガスが冷却水流路16にリークして冷却水流路16内に気泡が滞留する可能性がある。この場合、冷却水流路16から気泡を排出するためには、気泡排出処理を繰り返し実行する必要があり、電力消費が増大する。従って本実施例では、反応ガスのリークが有ると判定された場合に気泡排出処理を禁止することにより、気泡排出処理の実行に伴うポンプ164による電力消費を抑制している。   If the determination in step S11 is affirmative, a bubble discharge prohibiting process that prohibits the bubble discharging process is executed (step S15). As described above, in the case of the positive determination in step S11, the reaction gas is leaking from the at least one of the fuel gas passage 12 and the oxidant gas passage 14 to the cooling water passage 16. For this reason, even if the bubble discharge process is executed as described above and the bubbles are discharged from the cooling water passage 16, the reaction gas may leak again into the cooling water passage 16 and the bubbles may stay in the cooling water passage 16. There is. In this case, in order to discharge the bubbles from the cooling water flow path 16, it is necessary to repeatedly execute the bubble discharge process, which increases power consumption. Therefore, in the present embodiment, when it is determined that there is a leak of the reaction gas, the power consumption by the pump 164 accompanying the execution of the bubble discharge process is suppressed by prohibiting the bubble discharge process.

気泡排出禁止処理の実行後には、警告処理が実行される(ステップS17)。警告処理とは、HMI装置103により車両の搭乗者に警告をする処理であり、例えば、運転者にスタック20の点検や修理を促す画像をHMI装置103の表示画面に表示させる処理である。また、リークが有ると判定された場合に、スタック20の発電やポンプ164の駆動を禁止してもよい。また、リークが有ると判定された場合には、車両の走行モードを退避走行モードに切り替えて、退避走行モードのみで車両の走行を可能としてもよい。退避走行モードとは、スタック20の運転は停止状態で不図示の二次電池により車両を走行できるモードである。ステップS15及びS17の順序は問わない。   After execution of the bubble discharge prohibition process, a warning process is performed (step S17). The warning process is a process of giving a warning to a vehicle occupant by the HMI device 103. For example, the warning process is a process of displaying an image prompting the driver to check or repair the stack 20 on the display screen of the HMI device 103. Further, when it is determined that there is a leak, power generation of the stack 20 and driving of the pump 164 may be prohibited. Further, when it is determined that there is a leak, the vehicle travel mode may be switched to the retreat travel mode so that the vehicle can travel only in the retreat travel mode. The evacuation travel mode is a mode in which the vehicle can be driven by the secondary battery (not shown) while the operation of the stack 20 is stopped. The order of steps S15 and S17 does not matter.

尚、上述したように積層体10は一端側の単セル10−1が他端側の単セル10−nよりも重力方向の上方側に位置する。このため、詳しくは後述するが、積層体の積層方向が水平方向となるように配置された場合と比較して、本実施例では冷却水流路16内から気泡が排出されにくい構成となっている。よって、本実施例の気泡排出処理では、ポンプ164の回転速度の上限値が比較的高く設定されており電力消費量も大きい。従って、リークが有ると判定された場合に気泡排出処理を禁止することは、本実施例のように気泡排出処理に伴う電力消費量が大きい場合に適している。   Note that, as described above, in the laminate 10, the single cell 10-1 on one end side is located above the single cell 10-n on the other end side in the gravity direction. For this reason, although it will be described in detail later, compared to the case where the lamination direction of the laminated body is arranged in the horizontal direction, in the present embodiment, air bubbles are hardly discharged from the cooling water flow path 16 . Therefore, in the bubble discharge process of the present embodiment, the upper limit value of the rotational speed of the pump 164 is set to be relatively high, and the power consumption is large. Therefore, it is suitable to prohibit the bubble discharge process when it is determined that there is a leak, as in the present embodiment, when the power consumption associated with the bubble discharge process is large.

次に、上述した気泡判定処理について説明する。図4A〜図4Cは、冷却水流路16内に気泡が存在しない場合の説明図である。図4Aは積層体10を示し、図4Bは各単セルの温度、図4Cは各単セルのセル電圧を示している。図4B及び図4Cの縦軸は、各単セルの積層位置を示しており、縦軸の最も上側の単セルは最も重力方向の上方側に位置する単セル10−1であり、縦軸の最も下側の単セルは最も重力方向の下方側に位置する単セル10−nである。図4Bの横軸は各単セルの温度、図4Cの横軸は各単セルのセル電圧を示している。図4Bの横軸は左側が低温を示し右側が高温を示す。図4Cの横軸は左側が低電圧を示し右側が高電圧を示す。冷却水流路16内に気泡が存在しない場合には、冷却水により各単セルが略均等に冷却され、各単セルの温度も略均一である。これにより、各単セルの発電効率も確保され、各単セルのセル電圧も略均一となり、スタック20全体での発電効率が確保されている。   Next, the above-described air bubble determination process will be described. FIG. 4A to FIG. 4C are explanatory views in the case where there is no air bubble in the cooling water flow path 16. 4A shows the stacked body 10, FIG. 4B shows the temperature of each single cell, and FIG. 4C shows the cell voltage of each single cell. The vertical axis in FIG. 4B and FIG. 4C indicates the stacking position of each single cell, and the uppermost single cell on the vertical axis is the single cell 10-1 located most on the upper side in the gravity direction. The lowermost single cell is the single cell 10-n located on the lower side in the most gravity direction. The horizontal axis in FIG. 4B indicates the temperature of each single cell, and the horizontal axis in FIG. 4C indicates the cell voltage of each single cell. In the horizontal axis of FIG. 4B, the left side indicates low temperature and the right side indicates high temperature. In the horizontal axis of FIG. 4C, the left side indicates a low voltage and the right side indicates a high voltage. When there are no bubbles in the cooling water flow path 16, each single cell is cooled substantially uniformly by the cooling water, and the temperature of each single cell is also substantially uniform. Thereby, the power generation efficiency of each single cell is also ensured, the cell voltage of each single cell is substantially uniform, and the power generation efficiency of the entire stack 20 is ensured.

図4D〜図4Fは、冷却水流路16内に気泡が滞留している場合の説明図である。図4D〜図4Fは、それぞれ図4A〜図4Cに対応している。図4Dに示すように冷却水流路16内に気泡が混入すると、浮力により気泡は最も重力方向の上方側に位置する単セル10−1付近にまで移動し、気泡は単セル10−1付近の冷却水マニホールド16a及び16b内や単セル間の流路に滞留する。また、この付近で滞留した気泡が冷却水流路16内から排出されるためには、重力方向に延びた冷却水マニホールド16b内を浮力に逆らって冷却水の圧力により重力方向の下方に気泡が流れる必要があり、積層体10は気泡が排出されにくい構成となっている。例えば、積層体の積層方向が水平方向となる姿勢で設置されている場合には、冷却水マニホールドは水平方向に延びているため、浮力に逆らわずに冷却水の圧力により気泡が排出されやすい。   4D to 4F are explanatory views when bubbles are retained in the cooling water flow path 16. 4D to 4F correspond to FIGS. 4A to 4C, respectively. As shown in FIG. 4D, when air bubbles are mixed in the cooling water flow path 16, the air bubbles move to the vicinity of the single cell 10-1 located on the upper side in the gravity direction by buoyancy, and the air bubbles It stagnates in the flow path between the cooling water manifolds 16a and 16b and between single cells. Further, in order for the air bubbles staying in this vicinity to be discharged from the cooling water flow path 16, the air bubbles flow downward in the gravity direction by the pressure of the cooling water against the buoyancy in the cooling water manifold 16b extending in the gravity direction. The laminated body 10 has a configuration in which air bubbles are difficult to be discharged. For example, when the stack is installed in a posture in which the stacking direction is horizontal, the cooling water manifold extends in the horizontal direction, so that bubbles are easily discharged by the pressure of the cooling water without countering buoyancy.

このように本実施例において単セル10−1付近で滞留している気泡の量が増えると、単セル10−1のみならず単セル10−1よりも重力方向の下方側にまで気泡が滞留する。この気泡の存在により気泡周辺の単セルが十分に冷却されずに、気泡周辺での単セルの温度は上昇する。このため、気泡周辺の単セルの電解質膜は乾燥が進行する。これにより、気泡周辺の単セルのセル電圧はそれ以外の単セルのセル電圧よりも低下する。   Thus, when the amount of air bubbles staying near the single cell 10-1 increases in the present embodiment, the air bubbles stay not only in the single cell 10-1 but also below the single cell 10-1 in the direction of gravity. Do. Due to the presence of the bubbles, the single cells around the bubbles are not sufficiently cooled, and the temperature of the single cells around the bubbles rises. For this reason, drying proceeds in the unit cell electrolyte membrane around the bubbles. Thereby, the cell voltage of the single cell around the bubble is lower than the cell voltages of the other single cells.

ここで、図4Fに示すように、最も重力方向の上方側に位置する単セル10−1のセル電圧が最も低いのではなく、それよりもやや下方側にある単セル10−4のセル電圧が最も低くなっている。この理由は、単セル10−1は、積層体10の最も外側に位置しており放熱が促進され、これに伴って単セル10−1やそれに隣接した単セル10−2は冷却されやすいからである。尚、単セル10−4よりも下方側の単セルのセル電圧が回復している理由は、単セル10−4よりも下方側の単セル周辺には気泡が存在しておらず、冷却水による冷却効果が徐々に増大しているからである。   Here, as shown in FIG. 4F, the cell voltage of the unit cell 10-1 located most on the upper side in the direction of gravity is not the lowest, but the cell voltage of the unit cell 10-4 that is slightly lower than that Is the lowest. The reason is that the unit cell 10-1 is located on the outermost side of the laminate 10 and heat radiation is promoted, and along with this, the unit cell 10-1 and the unit cell 10-2 adjacent thereto are easily cooled. It is. The reason why the cell voltage of the unit cell below the unit cell 10-4 is restored is that there is no air bubble around the unit cell below the unit cell 10-4 and the cooling water It is because the cooling effect by is gradually increasing.

気泡判定処理では、上記のような各単セルのセル電圧の特性を考慮して、積層体10の冷却水流路16内での気泡の滞留の有無について判定される。図5は、気泡判定処理の一例を示したフローチャートである。最初に、セルモニタ108により取得された各単セルのセル電圧のうち最も低い最低セル電圧の単セルの位置が、上方側に位置しているか否かが判定される(ステップS101)。具体的には、最低セル電圧の単セルが、単セル10−1から例えば単セル10−(n/10)までの間に位置するか否かが判定される。上述したようにnは単セルの総数を示し、単セル10−(n/10)とは、上方側からの単セルの枚数がn/10枚目に相当する単セルである。   In the bubble determination process, the presence or absence of the stagnation of the bubbles in the cooling water flow path 16 of the laminate 10 is determined in consideration of the characteristics of the cell voltage of each single cell as described above. FIG. 5 is a flowchart showing an example of the bubble determination process. First, it is determined whether the position of the single cell of the lowest cell voltage of the lowest cell voltages among the cell voltages of the single cells acquired by the cell monitor 108 is located on the upper side (step S101). Specifically, it is determined whether or not the single cell having the lowest cell voltage is located between the single cell 10-1 and, for example, the single cell 10- (n / 10). As described above, n indicates the total number of single cells, and single cell 10-(n / 10) is a single cell in which the number of single cells from the upper side corresponds to n / 10.

ステップS101で肯定判定の場合には、全単セルのセル電圧の平均である平均セル電圧から最低セル電圧を減算した値が閾値ΔV以上か否かが判定される(ステップS103)。平均セル電圧はセルモニタ108により検出された各単セルのセル電圧の合計値を単セルの総枚数で除算することにより算出してもよいし、電圧センサ107により検出されたスタック20の電圧を単セルの枚数で除算することにより算出してもよい。閾値ΔVは予め制御装置30のROMに記憶されている。   In the case of a positive determination in step S101, it is determined whether the value obtained by subtracting the lowest cell voltage from the average cell voltage, which is the average of the cell voltages of all single cells, is equal to or greater than the threshold ΔV (step S103). The average cell voltage may be calculated by dividing the total value of the cell voltages of each single cell detected by the cell monitor 108 by the total number of single cells, or the voltage of the stack 20 detected by the voltage sensor 107 is simply calculated. It may be calculated by dividing by the number of cells. The threshold value ΔV is stored in advance in the ROM of the control device 30.

ステップS103で肯定判定の場合には、最低セル電圧の単セルと単セル10−1との間の途中に位置する単セルのセル電圧が、最低セル電圧より大きく単セル10−1のセル電圧未満であるか否かが判定される(ステップS105)。ステップS105で肯定判定の場合には、積層体10の冷却水流路16内での気泡の滞留が有ると判定される(ステップS107)。ステップS101、S103、及びS105の何れかで否定判定の場合には、冷却水流路16内での気泡の滞留は無いと判定される(ステップS109)。尚、最低セル電圧の単セルの位置が、所定位置よりも上方側に位置することのみをもって、気泡の滞留が有ると判定してもよい。また、各単セルの温度を検出するセンサを設け、上述したセル電圧に替えて各単セルの温度に基づいて、気泡の滞留が有るか否かを判定してもよい。また、温度が最も低い単セルの位置が、上述した所定位置よりも上方側に位置することのみをもって、気泡の滞留があると判定してもよい。   In the case of an affirmative determination in step S103, the cell voltage of a single cell located midway between a single cell of the lowest cell voltage and the single cell 10-1 is larger than the lowest cell voltage, and the cell voltage of the single cell 10-1. It is determined whether it is less than (step S105). In the case of an affirmative determination in step S105, it is determined that bubbles remain in the cooling water flow path 16 of the laminate 10 (step S107). If a negative determination is made in any of steps S101, S103, and S105, it is determined that air bubbles do not stay in the cooling water flow path 16 (step S109). Note that it may be determined that bubbles are retained only by the position of the single cell having the lowest cell voltage positioned above the predetermined position. Alternatively, a sensor for detecting the temperature of each single cell may be provided, and it may be determined whether there is stagnation of air bubbles based on the temperature of each single cell instead of the above-described cell voltage. Alternatively, it may be determined that bubbles are retained only by the position of the single cell having the lowest temperature positioned above the predetermined position described above.

上述したように、気泡の滞留が有ると判定された場合(ステップS3でYes)に、原因判定条件確認処理が実行され(ステップS5)、原因判定条件が成立した場合には(ステップS7でYes)、原因判定処理が実行される(ステップS9)。最初に原因判定条件確認処理について説明する。   As described above, when it is determined that bubbles remain (Yes in Step S3), a cause determination condition confirmation process is executed (Step S5), and when the cause determination condition is satisfied (Yes in Step S7). ) Cause determination processing is executed (step S9). First, the cause determination condition confirmation process will be described.

図6Aは、本実施例での原因判定条件確認処理の一例を示したフローチャートである。最初に、イグニッションスイッチ101からの出力に基づいてイグニッションオフであるか否かが判定される(ステップS51)。本判定の詳細については後述する。ステップS51で肯定判定の場合には、水温センサ16T及び外気温センサ102の検出結果に基づいて冷却水温度が外気温度に至ったか否かが判定される(ステップS53)。例えば、冷却水温度と外気温度との差が略ゼロとみなせる所定の範囲内に含まれる場合に、冷却水温度が外気温度に至ったと判定してもよい。本判定の詳細については後述する。   FIG. 6A is a flowchart illustrating an example of cause determination condition confirmation processing in the present embodiment. First, it is determined whether or not the ignition is off based on the output from the ignition switch 101 (step S51). Details of this determination will be described later. In the case of a positive determination in step S51, it is determined based on the detection results of the water temperature sensor 16T and the outside air temperature sensor 102 whether the cooling water temperature has reached the outside air temperature (step S53). For example, when the difference between the cooling water temperature and the outside air temperature falls within a predetermined range that can be regarded as substantially zero, it may be determined that the cooling water temperature has reached the outside air temperature. Details of this determination will be described later.

ステップS53で肯定判定の場合には、スタック20の電圧がゼロで有るか否かが判定される(ステップS55)。詳しくは後述するが、イグニッションオフの直後にはスタック20内には燃料ガス及び酸化剤ガスが残留しておりスタック20の電圧がゼロとなるわけではないため、ステップS55の処理が実行される。ステップS55で肯定判定の場合には、原因判定条件が成立したと判定される(ステップS57)。ステップS51、S53、及びS55の何れかで否定判定の場合には、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。   If the determination in step S53 is affirmative, it is determined whether or not the voltage of the stack 20 is zero (step S55). Although details will be described later, since the fuel gas and the oxidant gas remain in the stack 20 immediately after the ignition is turned off and the voltage of the stack 20 does not become zero, the process of step S55 is executed. If the determination in step S55 is affirmative, it is determined that the cause determination condition is satisfied (step S57). When a negative determination is made in any of steps S51, S53, and S55, it is determined that the cause determination condition is not satisfied (step S59).

以上のように原因判定条件確認処理の実行された後に原因判定条件が成立したと判定された場合には(ステップS7でYes)、原因判定処理が実行される(ステップS9)。図6Bは、本実施例での原因判定処理の一例を示したフローチャートである。上述したステップS51、S53、及びS55で肯定判定がされた状態で、タンク弁124、圧力調整弁125、及び噴射弁126が制御されて所定量の燃料ガスが燃料ガス流路12に供給される(ステップS91)。タンク弁124、圧力調整弁125、及び噴射弁126は、燃料ガスを燃料ガス流路12に供給する供給部の一例である。   As described above, when it is determined that the cause determination condition is satisfied after the cause determination condition confirmation process is executed (Yes in step S7), the cause determination process is performed (step S9). FIG. 6B is a flowchart showing an example of the cause determination process in the present embodiment. The tank valve 124, the pressure control valve 125, and the injection valve 126 are controlled to supply a predetermined amount of fuel gas to the fuel gas flow path 12 in a state where the positive determination is made in steps S51, S53, and S55 described above. (Step S91). The tank valve 124, the pressure adjustment valve 125, and the injection valve 126 are an example of a supply unit that supplies fuel gas to the fuel gas flow path 12.

次に、所定量の燃料ガスが燃料ガス流路12に供給されてから所定時間経過するまでに、水圧センサ16Pの検出結果に基づいて冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1以上となったか否かが判定される(ステップS93)。閾値A1は、リークの有無を判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで燃料ガスの供給後での冷却水流路16内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。ステップS93で肯定判定の場合、燃料ガス流路12に供給された燃料ガスの一部が冷却水流路16へリークすることにより冷却水流路16内の圧力が上昇したものとして、リークがあると判定される(ステップS95)。ステップS93で否定判定の場合、燃料ガス流路12に供給された燃料ガスは冷却水流路16内の圧力には影響を与えていないものとして、リークは無いと判定される(ステップS97)。   Next, until a predetermined time elapses after a predetermined amount of fuel gas is supplied to the fuel gas flow channel 12, the amount of increase in pressure in the cooling water flow channel 16 is greater than or equal to the threshold A1 based on the detection result of the water pressure sensor 16P. It is determined whether it has become (step S93). The threshold value A1 is a value for determining the presence or absence of a leak, and is determined based on an experimental result of measuring the pressure in the cooling water flow path 16 after the supply of the fuel gas with and without the leak. It is stored in advance in the ROM of the control device 30. In the case of an affirmative determination in step S93, it is determined that there is a leak, assuming that a part of the fuel gas supplied to the fuel gas channel 12 has leaked to the cooling water channel 16 and the pressure in the cooling water channel 16 has increased. (Step S95). If the determination in step S93 is negative, it is determined that the fuel gas supplied to the fuel gas passage 12 does not affect the pressure in the cooling water passage 16 and that there is no leak (step S97).

ステップS51のようにイグニッションがオフであるか否かを判定する理由は以下による。イグニッションオンの状態では、例えばアクセルペダルAPの操作量に基づいてスタック20の要求発電量が切り替えられ、要求発電量に伴いポンプ164の回転速度も調整される。即ち、イグニッションオンの状態では、冷却水流路16内の圧力が変動しやすい状態にある。従って、イグニッションオンの状態で上述したように冷却水流路16内の圧力の上昇量に基づいてリーク判定を行ったとしても、冷却水流路16内の圧力の上昇がポンプ164の回転速度の増大に起因したものなのか燃料ガスのリークに起因したものであるのかを判定できない。このため、リークが無いにもかかわらずポンプ164の回転速度の増大に伴い冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1以上となって、リークが有るものと誤判定される可能性がある。これに対して、イグニッションオフの状態ではポンプ164は停止されるため、冷却水流路16内の圧力はポンプ164の回転速度の影響を受けることがなくなる。従って本実施例では原因判定条件にイグニッションがオフであることを含めることにより、リークの判定精度が向上している。   The reason for determining whether the ignition is off as in step S51 is as follows. In the state of ignition on, for example, the required power generation amount of the stack 20 is switched based on the operation amount of the accelerator pedal AP, and the rotational speed of the pump 164 is also adjusted according to the required power generation amount. That is, in the state where the ignition is on, the pressure in the cooling water flow path 16 is in a state of being easily fluctuated. Therefore, even if the leak determination is performed based on the increase in pressure in the cooling water flow passage 16 as described above in the ignition-on state, the increase in pressure in the cooling water flow passage 16 increases the rotational speed of the pump 164. It can not be determined whether it is attributable or due to a fuel gas leak. Therefore, although there is no leak, the amount of pressure increase in the cooling water flow passage 16 may become equal to or greater than the threshold A1 with the increase of the rotational speed of the pump 164, and the leak may be erroneously determined to be present. . On the other hand, since the pump 164 is stopped in the ignition-off state, the pressure in the cooling water passage 16 is not affected by the rotational speed of the pump 164. Therefore, in the present embodiment, by including that the ignition is off in the cause determination condition, the determination accuracy of the leak is improved.

ステップS53のようにイグニッションオフ後に冷却水温度が外気温度と略同じに至ったか否かを判定する理由は以下による。イグニッションがオフにされるとスタック20への発電要求は停止され、スタック20の温度が徐々に低下して最終的には外気温度と略同じとなり、冷却水温度も同様に外気温度と略同じとなる。ここで、スタック20の温度が低下すると積層体10が熱収縮し、これに伴って冷却水流路16の内容積が増大し、冷却水流路16内の圧力は低下する。即ち、スタック20の温度が低下している最中では冷却水流路16内の圧力も低下しやすい状態にある。このような状態で原因判定処理が実行されると、リークが無い場合であっても、リークに伴う冷却水流路16内の圧力の上昇量とスタック20の温度の低下に伴う冷却水流路16内の圧力の低下量とが相殺される可能性がある。この結果、リークが有るにもかかわらずに冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1未満となって、リークが無いものと誤判定される可能性がある。従って本実施例では原因判定条件に冷却水温度が外気温度と略同じに至ったことを含めることにより、リークの判定精度が向上している。尚、本処理の代わりに、冷却水温度の変化率が所定の閾値以内となったか否か、換言すれば、冷却水温度が略変化しない状態に至ったか否かを判定してもよい。   The reason for determining whether or not the cooling water temperature has become substantially the same as the outside air temperature after the ignition is turned off as in step S53 is as follows. When the ignition is turned off, the demand for power generation to the stack 20 is stopped, and the temperature of the stack 20 gradually decreases and eventually becomes substantially the same as the outside air temperature, and the cooling water temperature is also substantially the same as the outside air temperature. Become. Here, when the temperature of the stack 20 decreases, the stack 10 is thermally shrunk, and the internal volume of the cooling water flow passage 16 increases accordingly, and the pressure in the cooling water flow passage 16 decreases. That is, while the temperature of the stack 20 is decreasing, the pressure in the cooling water channel 16 is also likely to decrease. When the cause determination process is performed in such a state, even if there is no leak, the amount of pressure increase in the coolant flow passage 16 due to the leak and the coolant water flow passage 16 due to the decrease in the temperature of the stack 20 There is a possibility that the amount of decrease in pressure will be offset. As a result, although there is a leak, the amount of increase in pressure in the cooling water flow path 16 may be less than the threshold A1, and it may be erroneously determined that there is no leak. Therefore, in this embodiment, the cause determination condition includes that the cooling water temperature is substantially the same as the outside air temperature, thereby improving the leak determination accuracy. Note that instead of this process, it may be determined whether or not the rate of change of the coolant temperature has become within a predetermined threshold value, in other words, whether the coolant temperature has reached a state where it has not substantially changed.

ステップS55のようにイグニッションオフ後にスタック20の電圧がゼロで有るか否かを判定する理由は以下による。上述したようにイグニッションオフ後にはスタック20への発電要求は停止されるが、スタック20内に燃料ガス及び酸化剤ガスが残留している場合がある。この残留した燃料ガス及び酸化剤ガスが反応することにより、イグニッションオフ後であってもスタック20の発電が所定期間継続される場合がある。このように残留した反応ガスによるスタック20の発電の継続中に原因判定処理が実行されると、供給された燃料ガスが残留していた酸化剤ガスとの発電反応により消費される可能性がある。また、燃料ガスが電解質膜を透過して酸化剤ガス流路14へと流れる所謂クロスリークが発生して、酸化剤ガス流路14内で燃料ガスと残留した酸化剤ガスとが反応することにより燃料ガスが消費される可能性がある。何れの原因によっても、燃料ガスの燃料ガス流路12からのリークが有る場合であっても、燃料ガスの冷却水流路16へのリーク量が低下して冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1未満となり、リークが無いものと誤判定される可能性がある。従って本実施例では原因判定条件にスタック20の電圧がゼロであることを含めることにより、リークの判定精度が向上している。尚、本処理の代わりに、スタック20の電圧の変化率が所定の閾値以下となったか否かを判定してもよい。   The reason for determining whether or not the voltage of the stack 20 is zero after the ignition is turned off as in step S55 is as follows. As described above, the power generation request to the stack 20 is stopped after the ignition is turned off, but the fuel gas and the oxidant gas may remain in the stack 20 in some cases. Due to the reaction of the remaining fuel gas and oxidant gas, the power generation of the stack 20 may continue for a predetermined period even after the ignition is turned off. If the cause determination process is executed during the continuation of the power generation of the stack 20 by the remaining reaction gas, the supplied fuel gas may be consumed by the power generation reaction with the remaining oxidant gas. . In addition, a so-called cross leak occurs in which the fuel gas permeates the electrolyte membrane and flows to the oxidant gas flow channel 14, and the fuel gas and the remaining oxidant gas react in the oxidant gas flow channel 14. Fuel gas may be consumed. For any reason, even if there is a leak of fuel gas from the fuel gas passage 12, the amount of leakage of the fuel gas to the cooling water passage 16 decreases and the amount of increase in the pressure in the cooling water passage 16 increases. Is less than the threshold value A1, and there is a possibility that it may be erroneously determined that there is no leak. Therefore, in the present embodiment, by including that the voltage of the stack 20 is zero in the cause determination condition, the leak determination accuracy is improved. Instead of this processing, it may be determined whether or not the voltage change rate of the stack 20 has become a predetermined threshold value or less.

上記実施例においてステップS53及びS55の順序は問わない。また、ステップS53の処理は必須ではない。この理由は、イグニッションオフ後でのスタック20の温度は比較的長時間かけて低下する場合もあり、この場合には、スタック20の温度の低下中であっても、燃料ガスのリークに起因した冷却水流路16内の圧力の上昇には大きな影響を与えず、リークの判定精度に大きな影響を与えない場合もあるからである。   In the above embodiment, the order of steps S53 and S55 does not matter. Moreover, the process of step S53 is not essential. The reason is that the temperature of the stack 20 may decrease over a relatively long time after the ignition is turned off, and in this case, the fuel gas leaks even though the temperature of the stack 20 is decreasing. This is because an increase in the pressure in the cooling water passage 16 is not greatly affected, and there is a case where the leak determination accuracy is not significantly affected.

次に上記制御の複数の変形例について説明する。尚、変形例において、上記実施例と同一の処理については説明を省略する。図7は、原因判定条件確認処理の変形例を示したフローチャートである。上述したステップS51の後に、圧力センサ14Pの検出結果に基づいて酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下で有るか否かが判定される(ステップS55a)。閾値α1は、酸化剤ガス流路14内に残留していた酸化剤ガスが消失したとみなすことができる値であり、予め実験により取得され制御装置30のROMに記憶されている。即ち、イグニッションオフ後に酸化剤ガス流路14内の圧力が徐々に低下して略一定となったか否かが判定される。ステップS55aで肯定判定の場合、原因判定条件は成立したと判定され(ステップS57)、ステップS55aで否定判定の場合、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。   Next, a plurality of variations of the above control will be described. In the modification, the description of the same processing as that of the above embodiment will be omitted. FIG. 7 is a flowchart showing a variation of the cause determination condition confirmation process. After step S51 described above, it is determined based on the detection result of the pressure sensor 14P whether or not the rate of change in pressure in the oxidant gas flow channel 14 is less than or equal to the threshold value α1 (step S55a). The threshold value α1 is a value that can be regarded as the disappearance of the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow channel 14, and is acquired in advance by experiment and stored in the ROM of the control device 30. That is, it is determined whether or not the pressure in the oxidant gas flow path 14 gradually decreases and becomes substantially constant after the ignition is turned off. In the case of a positive determination in step S55a, it is determined that the cause determination condition is satisfied (step S57), and in the case of a negative determination in step S55a, the cause determination condition is determined not to be satisfied (step S59).

ステップS55aのようにイグニッションオフ後に酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下で有るか否かを判定する理由は以下による。上述したようにイグニッションオフの直後では酸化剤ガス流路14内に酸化剤ガスが残留している場合があり、この場合に冷却水流路16に燃料ガスを供給しても、上述したようにクロスリークが発生して、燃料ガスの燃料ガス流路12からのリークが有るにもかかわらずにリークは無いものとして誤判定される可能性がある。従って本変形例では原因判定条件に酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下であることを含めることにより、リークの判定精度が向上している。尚、イグニッションオフ後に酸化剤ガス流路14内の圧力の変化率が閾値α1以下となった状態では、燃料ガス流路12内に残留していた燃料ガスは既に消費されており燃料ガス流路12内の圧力は略一定とみなすことができる。このため、酸化剤ガス流路14内に燃料ガスを供給しても、リークの判定精度には影響を与えない。尚、本変形例においても原因判定条件に上述したステップS53を含めてもよい。   The reason why it is determined whether or not the rate of change in the pressure in the oxidant gas flow path 14 is equal to or less than the threshold value α1 after the ignition is turned off as in step S55a. As described above, the oxidant gas may remain in the oxidant gas flow passage 14 immediately after the ignition is turned off. In this case, even if the fuel gas is supplied to the cooling water flow passage 16, as described above, the cross There is a possibility that a leak occurs and it is erroneously determined that there is no leak even though there is a leak of fuel gas from the fuel gas flow path 12. Therefore, in the present modification, the leak determination accuracy is improved by including the fact that the rate of change of the pressure in the oxidant gas flow channel 14 is equal to or less than the threshold value α1 in the cause determination condition. In the state where the rate of change of pressure in the oxidant gas flow passage 14 becomes equal to or less than the threshold value α1 after the ignition is turned off, the fuel gas remaining in the fuel gas flow passage 12 is already consumed and the fuel gas flow passage The pressure in 12 can be considered substantially constant. Therefore, even if the fuel gas is supplied into the oxidant gas flow channel 14, the accuracy of the leak determination is not affected. Also in the present modification, the above-described step S53 may be included in the cause determination condition.

図8Aは、原因判定条件確認処理の変形例を示したフローチャートである。図8Bは、原因判定処理の変形例を示したフローチャートである。本変形例での原因判定条件確認処理及び原因判定処理では、上述した場合と異なり、イグニッションがオンであってスタック20の発電中に実行されることを前提としている。図8Aに示すように、冷却水流路16内の圧力の変化率が閾値α2以下で有るか否かが判定される(ステップS55b)。閾値α2は、リークが有る状態で後述する燃料ガスの供給量を増量させた場合に、冷却水流路16内の圧力の上昇を検出できる程度の値であり、予め実験により取得され制御装置30のROMに記憶されている。冷却水流路16内の圧力の変化率が閾値α2以下の場合とは、例えばアイドル運転状態等のスタック20への要求発電量の変動率が小さい場合である。このような場合にはポンプ164の回転速度も略一定であるため、冷却水流路16内の圧力の変化率が閾値α2以下となりやすい。ステップS55bで肯定判定の場合、原因判定条件は成立したと判定される(ステップS57)。ステップS55bで否定判定の場合、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。   FIG. 8A is a flowchart showing a variation of the cause determination condition confirmation process. FIG. 8B is a flowchart showing a variation of the cause determination process. Unlike the case described above, the cause determination condition confirmation process and the cause determination process in the present modified example presuppose that the ignition is on and the process is performed during the power generation of the stack 20. As shown in FIG. 8A, it is determined whether or not the rate of change of the pressure in the cooling water channel 16 is equal to or less than a threshold value α2 (step S55b). The threshold value α2 is a value that can detect an increase in the pressure in the cooling water flow path 16 when the supply amount of a fuel gas to be described later is increased in a state where there is a leak. Stored in ROM. The case where the change rate of the pressure in the cooling water flow path 16 is equal to or less than the threshold value α2 is a case where the change rate of the required power generation amount to the stack 20 is small, for example, in an idle operation state. In such a case, since the rotation speed of the pump 164 is substantially constant, the rate of change of the pressure in the cooling water channel 16 tends to be equal to or less than the threshold value α2. In the case of a positive determination in step S55b, it is determined that the cause determination condition is satisfied (step S57). In the case of a negative determination in step S55b, it is determined that the cause determination condition is not established (step S59).

また、本変形例での原因判定処理では、図8Bに示すように燃料ガスの供給量が、燃料ガス流路12内の圧力が冷却水流路16内の圧力よりも高くなるように、スタック20への要求発電量に応じて予め定められている燃料ガスの供給量から所定量分だけ増量される(ステップS91b)。次に、燃料ガスの供給量が増量されてから所定時間経過するまでに、水圧センサ16Pの検出結果に基づいて冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A2以上となったか否かが判定される(ステップS93b)。閾値A2は、リークが有るか否かを判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで燃料ガスの供給量の増量後での冷却水流路16内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。尚、本変形例でリークが有ると判定された場合には、スタック20の発電を強制的に停止してもよい。   Further, in the cause determination process according to the present modification, as shown in FIG. 8B, the stack 20 is supplied such that the pressure of the fuel gas passage 12 becomes higher than the pressure in the cooling water passage 16 as shown in FIG. The fuel gas supply amount is increased by a predetermined amount from a predetermined fuel gas supply amount according to the required power generation amount (step S91b). Next, based on the detection result of the water pressure sensor 16P, it is determined whether the amount of increase in pressure in the cooling water flow passage 16 has become equal to or greater than the threshold A2 until a predetermined time elapses after the amount of supplied fuel gas is increased. (Step S93b). The threshold value A2 is a value for determining whether or not there is a leak, and is an experimental result of measuring the pressure in the cooling water passage 16 after the increase in the supply amount of fuel gas in the case where there is a leak and in the case where there is no leak. And is stored in advance in the ROM of the control device 30. If it is determined that there is a leak in this modification, the power generation of the stack 20 may be forcibly stopped.

尚、上記のステップS93bの処理の代わりに以下のような処理を実行してもよい。最初に、リークが無い正常状態でのポンプ164の回転速度と冷却水温度と冷却水流路16内の圧力との関係を規定したマップを参照して、リークが無い正常状態での冷却水流路16内での圧力(正常圧力と称する)を算出する。正常圧力は、ポンプ164の回転速度が速いほど増大し、冷却水温度が高いほど低下する。次に、水圧センサ16Pにより検出された冷却水流路16内の実際の圧力(実圧力と称する)から正常圧力を減算した値が、所定の閾値以上か否かが判定される。肯定判定の場合には、実圧力が燃料ガスの供給量の増量により正常圧力よりも大きく上昇したものとしてリークが有ると判定される。否定判定の場合には、実圧力は正常圧力に略等しいものとしてリークは無いと判定される。   Note that the following processing may be executed instead of the processing in step S93b. First, referring to the map defining the relationship between the rotational speed of the pump 164 in the normal state with no leak, the temperature of the cooling water, and the pressure in the cooling water flow path 16, the coolant flow path 16 in the normal state with no leak Calculate internal pressure (referred to as normal pressure). The normal pressure increases as the rotation speed of the pump 164 increases, and decreases as the cooling water temperature increases. Next, it is determined whether or not a value obtained by subtracting the normal pressure from the actual pressure (referred to as an actual pressure) in the cooling water flow path 16 detected by the water pressure sensor 16P is equal to or greater than a predetermined threshold. In the case of an affirmative determination, it is determined that there is a leak as the actual pressure has increased more than the normal pressure due to the increase in the supply amount of fuel gas. In the case of a negative determination, it is determined that the actual pressure is substantially equal to the normal pressure and there is no leak.

尚、図8A及び図8Bに示した変形例では、イグニッションオンの状態で実行されるため、本変形例での気泡排出禁止処理は、ポンプ164への電力供給を停止することにより実行される。このため、ポンプ164による電力消費が抑制される。尚、ポンプ164への電力供給が停止されると共に、スタック20の発電も停止される。また、本変形例での気泡排出禁止処理では、ポンプ164の回転速度の上限ガード値を、リークは無いと判定された場合での上限ガード値よりも小さい値に設定することにより実行されてもよい。これにより、気泡排出処理に伴うポンプ164の電力消費が抑制される。尚、リークが有ると判定された場合に切り換えられる上限ガード値は、気泡排出処理が実行される場合でのポンプ164の最大回転速度よりも遅い値に設定されている。   In the modification shown in FIGS. 8A and 8B, since the ignition is executed in an on state, the bubble discharge prohibiting process in this modification is executed by stopping the power supply to the pump 164. For this reason, the power consumption by the pump 164 is suppressed. The power supply to the pump 164 is stopped, and the power generation of the stack 20 is also stopped. Further, the bubble discharge prohibiting process in the present modification may be executed by setting the upper limit guard value of the rotational speed of the pump 164 to a value smaller than the upper limit guard value when it is determined that there is no leak. Good. Thereby, the power consumption of the pump 164 accompanying the bubble discharge process is suppressed. Note that the upper limit guard value switched when it is determined that there is a leak is set to a value slower than the maximum rotation speed of the pump 164 when the bubble discharging process is performed.

図9は、原因判定処理の変形例を示したフローチャートである。本変形例では、図6Aや図7に示したように、イグニッションがオフであることが原因判定条件に含まれる場合を前提としている。ステップS91の実行後の所定期間内での燃料ガス流路12内の圧力の低下量が閾値A3以上で有るか否かが判定される(ステップS93c)。閾値A3は、リークが有るか否かを判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで燃料ガスの供給後での燃料ガス流路12内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。燃料ガスの供給中は燃料ガス流路12内の圧力は上昇するが、供給の停止後ではリークが無い場合は燃料ガス流路12内の圧力の低下量は小さいが、リークが有る場合には燃料ガス流路12内の圧力の低下量は大きくなる。このように冷却水流路16内の圧力の上昇量ではなく、燃料ガス流路12内の圧力の低下量に基づいてリークを判定できる。尚、ステップS93及びS93cの双方で肯定判定の場合にのみリークが有ると判定してもよい。これにより、リークの判定精度が向上している。   FIG. 9 is a flowchart showing a variation of the cause determination process. In this modification, as shown in FIGS. 6A and 7, it is assumed that the cause determination condition includes that the ignition is off. It is determined whether the amount of decrease in pressure in the fuel gas flow path 12 within the predetermined period after execution of step S91 is equal to or greater than the threshold A3 (step S93c). The threshold value A3 is a value for determining whether or not there is a leak, and is based on the experimental results of measuring the pressure in the fuel gas passage 12 after the fuel gas is supplied in the case where there is a leak and in the case where there is no leak. And is stored in advance in the ROM of the control device 30. The pressure in the fuel gas passage 12 rises during the supply of the fuel gas, but if there is no leak after the stop of the supply, the amount of decrease in the pressure in the fuel gas passage 12 is small, but if there is a leak The amount of decrease in pressure in the fuel gas channel 12 increases. Thus, the leak can be determined based on the amount of decrease in the pressure in the fuel gas passage 12 rather than the amount of increase in the pressure in the cooling water passage 16. Note that it may be determined that there is a leak only when both steps S93 and S93c are positively determined. This improves the accuracy of leak determination.

図10Aは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。本変形例は、図6Aや図7に示した原因判定条件を前提としている。上述した原因判定処理と異なり、燃料ガスを燃料ガス流路12に供給するのではなく、エアコンプレッサ149等が制御されて所定量の酸化剤ガスが酸化剤ガス流路14に供給される(ステップS91d)。エアコンプレッサ149は、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路14に供給するための供給部の一例である。次に、上述した場合と同様にステップS93の処理が実行される。酸化剤ガス流路14から冷却水流路16への酸化剤ガスのリークが有る場合には、冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値A1以上となり、リークが有ると判定される。このように、酸化剤ガスの供給により酸化剤ガス流路14と冷却水流路16との間のシール性の低下に起因したリークが有るか否かを判定できる。   FIG. 10A is a flowchart of a variation of the cause determination process. This modification is based on the cause determination conditions shown in FIGS. 6A and 7. Unlike the above-described cause determination process, instead of supplying the fuel gas to the fuel gas flow path 12, the air compressor 149 and the like are controlled to supply a predetermined amount of oxidant gas to the oxidant gas flow path 14 (step S91 d). The air compressor 149 is an example of a supply unit for supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow channel 14. Next, the process of step S93 is performed as in the case described above. When the oxidant gas leaks from the oxidant gas flow channel 14 to the cooling water flow channel 16, the pressure increase amount in the cooling water flow channel 16 becomes equal to or more than the threshold value A1, and it is determined that there is a leak. Thus, it can be determined whether or not there is a leak due to a decrease in sealing performance between the oxidant gas flow path 14 and the cooling water flow path 16 by supplying the oxidant gas.

図10Bは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。本変形例は、図6Aや図7に示した原因判定条件を前提としている。所定量の酸化剤ガスが酸化剤ガス流路14に供給された後(ステップS91d)、酸化剤ガス流路14内の圧力の低下量が閾値A4以上で有るか否かが判定される(ステップS93d)。閾値A4は、リークが有るか否かを判定するための値であり、リークが有る場合と無い場合とで酸化剤ガスの供給後での酸化剤ガス流路14内の圧力を計測した実験結果に基づいて定められ、予め制御装置30のROMに記憶されている。酸化剤ガスの供給中は酸化剤ガス流路14内の圧力は上昇するが、供給の停止後ではリークが無い場合は酸化剤ガス流路14内の圧力の低下量は小さいが、リークが有る場合には酸化剤ガス流路14内の圧力の低下量は大きくなる。尚、ステップS93及びS93dの双方で肯定判定の場合にのみリークが有ると判定してもよい。尚、図10A及び図10Bの変形例では、燃料ガス流路12内に燃料ガスがほとんどない状態でスタック20に酸化剤ガスが供給される。このため、スタック20は水素欠乏状態となってスタック20の発電性能に影響を与える可能性がある。従って、図10A及び図10Bの変形例では、リークが有る可能性が高いと考えられる場合や、タンク110内の燃料ガス量の残量が略ない場合に実行してもよい。   FIG. 10B is a flowchart of a modification of the cause determination process. This modification is premised on the cause determination condition shown in FIG. 6A and FIG. After the predetermined amount of the oxidant gas is supplied to the oxidant gas flow channel 14 (step S91 d), it is determined whether the amount of pressure reduction in the oxidant gas flow channel 14 is equal to or greater than the threshold A4 (step S91) S93 d). The threshold value A4 is a value for determining whether or not there is a leak, and is an experimental result of measuring the pressure in the oxidant gas flow path 14 after the supply of the oxidant gas depending on whether or not there is a leak. And is stored in advance in the ROM of the control device 30. The pressure in the oxidant gas flow path 14 rises during the supply of the oxidant gas, but if there is no leak after the stop of the supply, the amount of decrease in the pressure in the oxidant gas flow path 14 is small, but there is a leak In this case, the amount of pressure reduction in the oxidant gas flow channel 14 is large. Note that it may be determined that there is a leak only when both steps S93 and S93d are positively determined. 10A and 10B, the oxidant gas is supplied to the stack 20 with almost no fuel gas in the fuel gas flow path 12. As a result, the stack 20 may become hydrogen starved and affect the power generation performance of the stack 20. Therefore, in the modification of FIG. 10A and FIG. 10B, it may be executed when there is a high possibility that there is a leak or when the remaining amount of fuel gas in the tank 110 is substantially zero.

図11Aは、原因判定条件確認処理の変形例のフローチャートである。図11Bは、原因判定処理の変形例のフローチャートである。尚、図11Bの原因判定処理は、図11Aの原因判定条件確認処理を前提としている。スタック20の電圧がゼロ以外で有るか否かが判定される(ステップS51e)。即ち、スタック20が発電中で有るか否かが判定される。ステップS51eで肯定判定の場合には、スタック20の電圧の変化率が閾値α3以下で有るか否かが判定される(ステップS55e)。即ち、スタック20は発電中ではあるが発電量は略一定で有るか否かが判定される。ステップS55eで肯定判定の場合には、原因判定条件が成立したと判定される(ステップS57)。ステップS51e及びS55eの何れかで否定判定の場合には、原因判定条件は不成立と判定される(ステップS59)。   FIG. 11A is a flowchart of a variation of the cause determination condition confirmation process. FIG. 11B is a flowchart of a variation of the cause determination process. The cause determination process of FIG. 11B is premised on the cause determination condition confirmation process of FIG. 11A. It is determined whether the voltage of the stack 20 is other than zero (step S51e). That is, it is determined whether the stack 20 is generating power. If the determination in step S51e is affirmative, it is determined whether or not the voltage change rate of the stack 20 is equal to or less than a threshold value α3 (step S55e). That is, it is determined whether the amount of power generation is substantially constant although the stack 20 is generating power. If the determination in step S55e is affirmative, it is determined that the cause determination condition is satisfied (step S57). If a negative determination is made in either step S51e or S55e, the cause determination condition is determined not to be satisfied (step S59).

次に、図11Bに示すように、燃料ガスの供給量を所定量分だけ増量させる(ステップS91b)。次に、燃料ガスの供給量の増量前後で、セルモニタ108の検出結果に基づいて複数の単セルのセル電圧のうちの最低セル電圧を出力する単セルの位置が重力方向の下方側に移動したか否かが判定される(ステップS93e)。ステップ93eの処理については詳しくは後述する。ステップS93eで肯定判定の場合にはリークがあると判定され(ステップS95)、否定判定の場合にはリークは無いものと判定される(ステップS97)。   Next, as shown in FIG. 11B, the supply amount of the fuel gas is increased by a predetermined amount (step S91b). Next, before and after the increase of the fuel gas supply amount, the position of the single cell that outputs the lowest cell voltage among the cell voltages of the plurality of single cells based on the detection result of the cell monitor 108 has moved downward in the direction of gravity. It is determined whether or not (step S93e). The process of step 93 e will be described in detail later. In the case of a positive determination in step S93 e, it is determined that there is a leak (step S95), and in the case of a negative determination, it is determined that there is no leak (step S97).

次に、上述したステップS93eの処理について説明する。図12A〜図12Fは、複数の単セルのセル電圧の変化についての説明図である。尚、図12A〜図12Cは、それぞれ、冷却水流路16内に気泡が滞留している場合を示した図4D〜図4Fに対応している。冷却水流路16内に気泡が滞留した状態で燃料ガスの供給量が増量されると、リークが有る場合には、重力方向の上方側で冷却水流路16内に滞留していた気泡に、燃料ガスの供給量の増量に起因した気泡が更に加わり、図12Dに示すように気泡が増量する。これにより、図12Eに示すように、複数の単セルのうち最も温度の高い単セルの位置は、重力方向の下方側へと移る。これに伴い、図12Fに示すように、最低セル電圧を出力する単セルの位置が重力方向の下方側に移る。ステップS93eでは、このように燃料ガスの増量前後での最低セル電圧を出力する単セルの位置を取得し、取得された増量前の最低セル電圧を出力する単セルよりも増量後の最低セル電圧を出力する単セルの方が重力方向の下方側にあるか否かが判定される。図12C及び図12Fの例では、最低セル電圧を出力する単セルが、単セル10−4から単セル10−6に変化した場合を示している。尚、各単セルの温度を検出するセンサを設けて、燃料ガス又は酸化剤ガスの供給量を増大させた場合に、最も温度が高い単セルの位置が重力方向下方に移動することをもって、リークが有ると判定してもよい。   Next, the process of step S93 e described above will be described. 12A to 12F are explanatory diagrams of changes in cell voltages of a plurality of single cells. 12A to 12C correspond to FIGS. 4D to 4F, respectively, showing the case where bubbles are retained in the cooling water flow path 16. When the supply amount of fuel gas is increased in a state where air bubbles stay in cooling water flow path 16, if there is a leak, the air bubbles that were staying in cooling water flow path 16 on the upper side in the gravity direction Bubbles resulting from the increase in the gas supply amount are further added, and the bubbles increase as shown in FIG. 12D. Accordingly, as shown in FIG. 12E, the position of the single cell having the highest temperature among the plurality of single cells moves to the lower side in the direction of gravity. Accordingly, as shown in FIG. 12F, the position of the single cell that outputs the lowest cell voltage moves to the lower side in the direction of gravity. In step S93e, the lowest cell voltage after the increase is obtained as compared with the single cell that outputs the lowest cell voltage before the increase thus obtained by acquiring the position of the single cell before and after the increase in fuel gas. It is determined whether or not the single cell outputting the signal is at the lower side in the direction of gravity. In the example of FIGS. 12C and 12F, the case where the single cell that outputs the lowest cell voltage is changed from the single cell 10-4 to the single cell 10-6 is shown. In addition, when a sensor for detecting the temperature of each single cell is provided to increase the supply amount of the fuel gas or the oxidant gas, the position of the single cell having the highest temperature moves downward in the direction of gravity to cause a leak. It may be determined that there is.

尚、ステップS91bの代わりに酸化剤ガスの供給量を増量してもよい。また、ステップS93eで肯定判定であって、ステップS93bのように冷却水流路16内の圧力の上昇量が閾値よりも高い場合に、リークが有ると判定してもよい。また、ステップS93eで肯定判定であって、燃料ガス流路12内の圧力の低下量が閾値よりも大きい場合に、リークが有ると判定してもよい。   The supply amount of the oxidant gas may be increased instead of step S91 b. Further, it may be determined that there is a leak when the positive determination is made in step S93 e and the amount of increase in pressure in the cooling water flow path 16 is higher than the threshold as in step S93 b. Further, if the determination in step S93e is affirmative and the amount of decrease in pressure in the fuel gas flow path 12 is greater than a threshold value, it may be determined that there is a leak.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Changes are possible.

1 燃料電池システム
10 積層体
12 燃料ガス流路
12P 圧力センサ
14 酸化剤ガス流路
14P 圧力センサ
16 冷却水流路
16P 水圧センサ
20 燃料電池スタック
30 制御装置(気泡判定部、原因判定部)
103 HMI装置(警告装置)
120 水素ガス供給システム(供給装置)
124 タンク弁
125 圧力調整弁
126 噴射弁
140 空気供給システム(供給装置)
149 エアコンプレッサ
160 冷却水供給システム
164 ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 fuel cell system 10 laminated body 12 fuel gas flow path 12P pressure sensor 14 oxidant gas flow path 14P pressure sensor 16 cooling water flow path 16P water pressure sensor 20 fuel cell stack 30 control device (bubble determination unit, cause determination unit)
103 HMI device (warning device)
120 Hydrogen gas supply system (supply unit)
124 Tank valve 125 Pressure control valve 126 Injection valve 140 Air supply system (supply device)
149 Air compressor 160 Cooling water supply system 164 pump

Claims (6)

複数の単セルが積層され一端側の前記単セルは他端側の前記単セルよりも重力方向の上方側に位置している積層体、前記積層体内に形成された反応ガス流路、前記積層体内に形成され他端側の前記単セル側から一端側の前記単セル側に延びて再び他端側の前記単セル側に延びた冷却水流路、を有した燃料電池スタックと、
冷却水を前記冷却水流路に供給するポンプと、
反応ガスを前記反応ガス流路に供給する供給装置と、
前記冷却水流路内での気泡の滞留の有無を判定する気泡判定部と、前記気泡判定部により気泡の滞留が有ると判定された場合に気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであるか否かを判定する原因判定部と、を含む制御装置と、
を備えた燃料電池システム。
A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked and the unit cell on one end side is positioned on the upper side in the direction of gravity than the unit cell on the other end side, a reaction gas flow path formed in the stack, the stack A fuel cell stack having a cooling water flow path formed in the body and extending from the unit cell at the other end to the unit cell at the one end and again extending to the unit cell at the other end;
A pump for supplying cooling water to the cooling water flow path;
A supply device for supplying a reaction gas to the reaction gas flow path;
A bubble determination unit that determines whether or not bubbles remain in the cooling water flow path, and the reaction from the reaction gas flow path is the cause of the bubble retention when the bubble determination unit determines that bubbles remain. A control unit that includes a cause determination unit that determines whether the gas leaks or not;
Fuel cell system equipped with
気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークではないと判定された場合に、滞留した気泡を前記冷却水流路から除去する除去装置を備えた、請求項1の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a removing device that removes the accumulated bubbles from the cooling water flow path when it is determined that the cause of the bubble retention is not leakage of the reaction gas from the reaction gas flow path. . 前記除去装置は、回転速度を増減して前記冷却水流路から気泡を排出する前記ポンプである、請求項2の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the removing device is the pump that discharges bubbles from the cooling water flow path by increasing or decreasing a rotation speed. 気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定された場合に警告する警告装置を備えた、請求項1乃至3の何れかの燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a warning device that warns when it is determined that the cause of the bubble retention is a leak of the reaction gas from the reaction gas flow path. 前記原因判定部は、前記ポンプが停止し前記供給装置が反応ガスを前記反応ガス流路に供給している状態で、前記冷却水流路内の圧力の上昇量が所定値以上の場合、及び前記反応ガス流路内の圧力の低下量が所定値以下の場合、の少なくとも何れかの場合に、気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定する、請求項1乃至4の何れかの燃料電池システム。   When the pump is stopped and the supply device supplies the reaction gas to the reaction gas flow path, the cause determining unit is configured to increase the pressure in the cooling water flow path to a predetermined value or more. It is determined that the cause of the bubble retention is a leak of the reaction gas from the reaction gas flow channel in at least one of the cases where the pressure decrease amount in the reaction gas flow channel is less than or equal to a predetermined value. A fuel cell system according to any one of 1 to 4. 前記原因判定部は、前記供給装置が反応ガスの前記反応ガス流路への供給量を増大した場合に、複数の前記単セルのうち最もセル電圧が低い前記単セルの位置が重力方向下方に移動した場合、及び複数の前記単セルのうち最も温度が高い前記単セルの位置が重力方向下方に移動した場合、の少なくとも何れかの場合に、気泡滞留の原因が前記反応ガス流路からの前記反応ガスのリークであると判定する、請求項1乃至4の何れかの燃料電池システム。   When the supply device increases the supply amount of the reaction gas to the reaction gas flow path, the cause determining unit determines that the position of the single cell having the lowest cell voltage among the plurality of single cells is directed downward in the direction of gravity. When at least one of the plurality of unit cells and the position of the unit cell having the highest temperature among the plurality of unit cells has moved downward in the direction of gravity, the cause of the bubble retention is from the reaction gas flow path. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein it is determined that the reaction gas leaks.
JP2018158645A 2018-01-23 2018-08-27 Fuel cell system Pending JP2019129141A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019100012.2A DE102019100012A1 (en) 2018-01-23 2019-01-02 The fuel cell system
CN201910047244.8A CN110197917A (en) 2018-01-23 2019-01-18 Fuel cell system
US16/253,890 US10756360B2 (en) 2018-01-23 2019-01-22 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018008894 2018-01-23
JP2018008894 2018-01-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019129141A true JP2019129141A (en) 2019-08-01

Family

ID=67472401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018158645A Pending JP2019129141A (en) 2018-01-23 2018-08-27 Fuel cell system

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2019129141A (en)
CN (1) CN110197917A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114477060A (en) * 2021-12-01 2022-05-13 东风汽车集团股份有限公司 New energy automobile coolant liquid filling auxiliary assembly

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111537162A (en) * 2020-06-17 2020-08-14 郑州佛光发电设备有限公司 System and method for detecting tightness of fuel cell

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135711A (en) * 2003-10-29 2005-05-26 Toyota Motor Corp Abnormality-detecting device and fuel cell system
JP2011146160A (en) * 2010-01-12 2011-07-28 Honda Motor Co Ltd Fuel-cell stack and fuel-cell vehicle
JP2014086156A (en) * 2012-10-19 2014-05-12 Tokyo Gas Co Ltd Fuel cell cogeneration system and control program and method thereof
JP2017135016A (en) * 2016-01-28 2017-08-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4730646B2 (en) * 2004-09-16 2011-07-20 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US7972740B2 (en) * 2005-12-30 2011-07-05 Utc Power Corporation Fuel cell coolant bubble control
US8563189B2 (en) * 2006-08-10 2013-10-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
US8431282B2 (en) * 2007-04-13 2013-04-30 GM Global Technology Operations LLC Closed coolant loop with expansion device for a fuel cell system
KR101274240B1 (en) * 2010-12-06 2013-06-11 현대자동차주식회사 Fuel cell cooling system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135711A (en) * 2003-10-29 2005-05-26 Toyota Motor Corp Abnormality-detecting device and fuel cell system
JP2011146160A (en) * 2010-01-12 2011-07-28 Honda Motor Co Ltd Fuel-cell stack and fuel-cell vehicle
JP2014086156A (en) * 2012-10-19 2014-05-12 Tokyo Gas Co Ltd Fuel cell cogeneration system and control program and method thereof
JP2017135016A (en) * 2016-01-28 2017-08-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114477060A (en) * 2021-12-01 2022-05-13 东风汽车集团股份有限公司 New energy automobile coolant liquid filling auxiliary assembly

Also Published As

Publication number Publication date
CN110197917A (en) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101838358B1 (en) Method of discharging water from fuel cell and fuel cell system
US10892501B2 (en) Fuel cell system and method of operating the same
US10312532B2 (en) Residual water scavenging processing method in fuel cell system and fuel cell system
KR102217210B1 (en) Fuel cell system
US9093679B2 (en) Method of shutting down fuel cell system
US10804551B2 (en) Fuel cell system and remaining water purging control method
JP2008282767A (en) Fuel cell system
JP2011171283A (en) Fuel cell system
JP2006351408A (en) Fuel cell system
JP2007179944A (en) Cooling structure of electricity storage device
JP2010129293A (en) Fuel cell vehicle
JP2019129141A (en) Fuel cell system
JP6237426B2 (en) Fuel cell system
US10756360B2 (en) Fuel cell system
JP2004178998A (en) Control device of fuel cell vehicle
JP6562308B2 (en) Fuel cell system
JP2009076261A (en) Fuel cell system and its starting method
JP5673846B2 (en) Fuel cell system
JP2010161906A (en) Vehicle with fuel cell mounted thereon
JP5015054B2 (en) Fuel cell vehicle
JP5437089B2 (en) Fuel cell system
JP2019091594A (en) Fuel cell system
JP2019175762A (en) Fuel cell vehicle
JP2016136466A (en) Fuel battery system and operation control method for fuel battery
JP2010125962A (en) On-vehicle fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220314

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220412