JP2020140811A - Fuel cell system - Google Patents

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正史 前田
良輔 堀
Ryosuke Hori
良輔 堀
政史 戸井田
Seiji Toida
政史 戸井田
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Abstract

To provide a fuel cell system in which the generation of pumping hydrogen can be suppressed when the fuel cell system is started at a temperature below the freezing point.SOLUTION: A fuel cell system includes: a fuel cell including a plurality of cells; a controller for controlling power generation of the fuel cell; and an air compressor for supplying air to the fuel cell. The controller drives the air compressor to execute a scavenging process for draining water of the fuel cell, when stopping the power generation of the fuel cell. After the execution of the scavenging process, the controller executes the power generation of the fuel cell to increase the water content of the fuel cell, and then stops the power generation of the fuel cell.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system.

燃料電池システムが氷点下になると、燃料電池中の水が凍結し、燃料電池中のガス流路を閉塞する場合がある。そのため、外気温が氷点下になる可能性がある状況において燃料電池システムを停止する場合には、燃料電池の含水量を減少させる掃気処理が行われる。特許文献１には、燃料電池システムの運転停止時に、最初に大流量の空気を流し、その後、小流量の空気を長時間流すことで燃料電池を乾燥させる掃気処理を行うことが記載されている。 When the fuel cell system goes below freezing, the water in the fuel cell may freeze, blocking the gas flow path in the fuel cell. Therefore, when the fuel cell system is stopped in a situation where the outside air temperature may be below freezing, a scavenging treatment is performed to reduce the water content of the fuel cell. Patent Document 1 describes that when the operation of a fuel cell system is stopped, a large flow rate of air is first flowed, and then a small flow rate of air is flowed for a long time to perform a scavenging process for drying the fuel cell. ..

特開２００８−１８６６２４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-186624

燃料電池システムを氷点下で始動する場合、例えば暖機運転が行われる。この暖機運転では、例えば、空気の供給量を下げて、燃料電池の発電電圧を下げることが行われる。一般に、燃料電池は、複数のセルを有しており、掃気処理によりセルの含水量が少なくなると、各セルの圧力損失は、製造時の圧力損失となり、セル間の圧力損失のバラツキが大きくなる。かかる場合、空気の供給量を下げる暖機運転を行うと、圧力損失の大きなセルでは、空気の欠乏を起因として所謂ポンピング水素が発生し、排ガス中の水素濃度が増加するおそれがある。ここで、ポンピング水素とは、アノードで生じた水素イオンが電解質膜を通ってカソードに移動し、カソードで、空気欠乏により酸素ではなく電子と反応して生じる水素である。 When the fuel cell system is started below freezing, for example, a warm-up operation is performed. In this warm-up operation, for example, the amount of air supplied is reduced to lower the generated voltage of the fuel cell. Generally, a fuel cell has a plurality of cells, and when the water content of the cells is reduced by scavenging treatment, the pressure loss of each cell becomes the pressure loss at the time of manufacturing, and the variation of the pressure loss between cells becomes large. .. In such a case, if the warm-up operation is performed to reduce the amount of air supplied, so-called pumping hydrogen is generated due to the lack of air in the cell having a large pressure loss, and the hydrogen concentration in the exhaust gas may increase. Here, the pumping hydrogen is hydrogen generated by the hydrogen ions generated at the anode moving to the cathode through the electrolyte membrane and reacting with electrons instead of oxygen at the cathode due to air deficiency.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in the following forms.

本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、複数のセルを有する燃料電池と、前記燃料電池の発電を制御する制御部と、前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の発電を停止させるとき、前記エアコンプレッサを駆動して前記燃料電池の水を排出させる掃気処理を実行し、前記掃気処理を実行した後、前記燃料電池の発電を実行して前記燃料電池の含水量を増加させ、その後、前記燃料電池の発電を停止させる。この形態によれば、制御部は、燃料電池の発電を停止させるときに、掃気処理により、燃料電池中の含水量を一旦低下させ、その後、発電により含水量を増加させる。その結果、セル間の圧力損失のバラツキを抑制して、氷点下始動時におけるポンピング水素の発生を抑制できる。 According to one form of the present disclosure, a fuel cell system is provided. This fuel cell system includes a fuel cell having a plurality of cells, a control unit that controls the power generation of the fuel cell, and an air compressor that supplies air to the fuel cell. The control unit is the fuel cell. When the power generation is stopped, the air compressor is driven to execute the scavenging process for discharging the water of the fuel cell, and after the scavenging process is executed, the power generation of the fuel cell is executed to include the fuel cell. The amount of water is increased, and then the power generation of the fuel cell is stopped. According to this embodiment, when the power generation of the fuel cell is stopped, the control unit temporarily lowers the water content in the fuel cell by scavenging treatment, and then increases the water content by power generation. As a result, it is possible to suppress the variation in pressure loss between cells and suppress the generation of pumping hydrogen at the time of starting below freezing point.

上記形態において、前記制御部は、前記燃料電池の発電を実行して前記燃料電池の含水量を増加させた後の含水量が第１の判定値以上のときに、前記燃料電池の発電を停止させてもよい。この形態によれば、発電後の含水量を適切な値にできるため、燃料電池システムの起動時におけるポンピング水素の発生をより抑制できる。 In the above embodiment, the control unit stops the power generation of the fuel cell when the water content after executing the power generation of the fuel cell to increase the water content of the fuel cell is equal to or higher than the first determination value. You may let me. According to this form, since the water content after power generation can be set to an appropriate value, the generation of pumping hydrogen at the time of starting the fuel cell system can be further suppressed.

上記形態において、前記制御部は、前記掃気処理を実行中に、前記燃料電池の含水量が第２の判定値以下となったときに、前記掃気処理を停止してもよい。燃料電池は、複数のセルを有している。この形態によれば、燃料電池の含水量を第２の判定値以下となったときに掃気処理を停止することで、発電後の各セルの含水量のバラツキを少なくできるため、燃料電池システムの起動時におけるポンピング水素の発生をより抑制できる。 In the above embodiment, the control unit may stop the scavenging process when the water content of the fuel cell becomes equal to or less than the second determination value during the scavenging process. The fuel cell has a plurality of cells. According to this form, by stopping the scavenging process when the water content of the fuel cell becomes equal to or less than the second determination value, the variation in the water content of each cell after power generation can be reduced, so that the fuel cell system The generation of pumping hydrogen at startup can be further suppressed.

上記形態において、前記制御部は、前記掃気処理を実行する前の前記燃料電池の含水量が第３の判定値以上のときに、前記掃気処理を実行し、第３の判定値以上未満のとき、前記掃気処理を実行せず前記燃料電池システムを停止してもよい。この形態によれば、含水量が第３の判定値未満で、掃気処理やその後の発電が不要な場合には、エネルギーの消費を抑えることができる。 In the above embodiment, the control unit executes the scavenging process when the water content of the fuel cell before executing the scavenging process is equal to or greater than the third determination value, and when the scavenging process is performed and less than the third determination value. , The fuel cell system may be stopped without executing the scavenging process. According to this form, when the water content is less than the third determination value and scavenging treatment or subsequent power generation is unnecessary, energy consumption can be suppressed.

上記形態において、前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置を備え、前記制御部は、前記燃料電池の含水量を、前記インピーダンスを用いて判断しても良い。また、前記制御部は、前記インピーダンスを用いて、前記発電の停止、前記掃気処理の終了、前記掃気処理を実行するか否か、を判断してもよい。含水量は、燃料電池のインピーダンスを用いて容易に取得可能であり、また、含水量と燃料電池のインピーダンスは１対１に対応するので、含水量の代わりに、発電の停止、掃気処理の終了、掃気処理を実行するか否か、をインピーダンスで判断できる。 In the above embodiment, an impedance measuring device for measuring the impedance of the fuel cell may be provided, and the control unit may determine the water content of the fuel cell using the impedance. Further, the control unit may use the impedance to determine whether to stop the power generation, end the scavenging process, and execute the scavenging process. The water content can be easily obtained by using the impedance of the fuel cell, and since the water content and the impedance of the fuel cell have a one-to-one correspondence, the power generation is stopped and the scavenging process is completed instead of the water content. , Whether or not to execute the scavenging process can be judged by the impedance.

上記形態において、前記燃料電池の温度を測定する温度センサを備え、前記制御部は、前記燃料電池の温度を用いて、前記掃気処理を実行するか否かを判断しても良い。燃料電池の温度が低い場合には、燃料電池システムの起動時におけるポンピング水素が発生するおそれがあるため、かかる場合に掃気処理を実行すれば、ポンピング水素の発生を抑制できる。 In the above embodiment, the temperature sensor for measuring the temperature of the fuel cell may be provided, and the control unit may determine whether or not to execute the scavenging process by using the temperature of the fuel cell. When the temperature of the fuel cell is low, pumping hydrogen may be generated at the time of starting the fuel cell system. Therefore, if the scavenging treatment is executed in such a case, the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

上記形態において、前記燃料電池の圧力損失を測定することが可能な圧力センサを備え、前記制御部は、前記燃料電池の圧力損失を用いて、前記掃気処理を実行するか否かを判断しても良い。燃料電池の圧力損失が大きい場合には、燃料電池システムの起動時におけるポンピング水素が発生するおそれがあるため、かかる場合に掃気処理を実行すれば、ポンピング水素の発生を抑制できる。 In the above embodiment, the pressure sensor capable of measuring the pressure loss of the fuel cell is provided, and the control unit determines whether or not to execute the scavenging process by using the pressure loss of the fuel cell. Is also good. If the pressure loss of the fuel cell is large, pumping hydrogen may be generated at the time of starting the fuel cell system. Therefore, if the scavenging process is executed in such a case, the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

上記形態において、前記燃料電池の傾きを取得する傾きセンサを備え、前記制御部は、前記燃料電池の傾きが判定値以上の場合に、前記掃気処理を実行し、判定値未満の場合には、掃気処理を実行せず、燃料電池システムを停止するようにしてもよい。 In the above embodiment, the tilt sensor for acquiring the tilt of the fuel cell is provided, and the control unit executes the scavenging process when the tilt of the fuel cell is equal to or greater than the determination value, and when it is less than the determination value, the control unit executes the scavenging process. The fuel cell system may be shut down without performing the scavenging process.

本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの他、燃料電池システムの停止時における制御方法等、燃料電池システムを搭載した車両、等種々の形態で実現することができる。 The present disclosure can be realized in various forms, for example, in addition to the fuel cell system, it is realized in various forms such as a control method when the fuel cell system is stopped, a vehicle equipped with the fuel cell system, and the like. be able to.

車両に搭載される燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structure of the fuel cell system mounted on a vehicle. 燃料電池の含水量と圧力損失の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the water content of a fuel cell and the pressure loss. 暖機運転時における燃料電池の含水量と、ポンピング水素との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the water content of a fuel cell at the time of warm-up operation, and pumping hydrogen. エアストイキ比と、発生するポンピング水素の濃度との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the air stoichiometric ratio and the concentration of pumping hydrogen generated. 制御部が実行する第１の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st control which a control part executes. 燃料電池システムの停止指示を受けてから、次回の燃料電池システムの始動までのタイムチャートである。It is a time chart from receiving the stop instruction of the fuel cell system to the start of the next fuel cell system. 本実施形態におけるセルの圧力損失を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pressure loss of the cell in this embodiment. 比較例におけるセルの圧力損失を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pressure loss of the cell in the comparative example. 制御部が実行する第２の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd control which a control part executes. インピーダンスを用いて含水量を測定できる理由を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reason why the water content can be measured using impedance. 燃料電池の含水量と、インピーダンスの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the water content of a fuel cell and impedance. 制御部が実行する第３の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3rd control which a control part executes. 制御部が実行する第４の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 4th control which a control part executes. 燃料電池の含水量と、その含水量を第２の判定値とするまでの掃気処理時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the water content of a fuel cell and the scavenging treatment time until the water content becomes a second determination value. 制御部が実行する第５の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 5th control which a control part executes. 制御部が実行する第６の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 6th control which a control part executes. 燃料電池の温度と、含水量を第２の判定値とするまでの掃気処理時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature of a fuel cell and the scavenging processing time until the water content becomes a second determination value. 制御部が実行する第７の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 7th control which a control part executes. 燃料電池圧力損失と、含水量を第２の判定値とするまでの掃気処理時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the fuel cell pressure loss and the scavenging processing time until the water content becomes a second determination value. 制御部が実行する第８の制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 8th control which a control part executes.

図１は、車両に搭載される燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、エア系回路３０と、燃料ガス系回路４０と、冷却系回路６０と、高電圧系回路７０と、制御部８０と、を備える。燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用い、酸化剤ガスとして、空気中の酸素を用いる。エア系回路３０は、燃料電池１０に空気中の酸素を供給し、排出する回路である。燃料ガス系回路４０は、燃料電池１０に水素を供給し、排出する回路である。燃料電池１０では、水素と酸素との反応により、電気エネルギーの他、熱が生じる。冷却系回路６０は、燃料電池１０の熱を冷却する。高電圧系回路７０は、燃料電池１０が発生させた電気エネルギーを用いて、車両を駆動する回路である。制御部８０は、エア系回路３０と、燃料ガス系回路４０と、冷却系回路６０と、高電圧系回路７０と、を制御する。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 mounted on a vehicle. The fuel cell system 100 includes a fuel cell 10, an air system circuit 30, a fuel gas system circuit 40, a cooling system circuit 60, a high voltage system circuit 70, and a control unit 80. The fuel cell 10 uses the fuel gas and the oxidant gas to generate electricity. In this embodiment, hydrogen is used as the fuel gas and oxygen in the air is used as the oxidant gas. The air system circuit 30 is a circuit that supplies and discharges oxygen in the air to the fuel cell 10. The fuel gas system circuit 40 is a circuit that supplies and discharges hydrogen to the fuel cell 10. In the fuel cell 10, heat is generated in addition to electrical energy by the reaction between hydrogen and oxygen. The cooling system circuit 60 cools the heat of the fuel cell 10. The high voltage system circuit 70 is a circuit for driving a vehicle by using the electric energy generated by the fuel cell 10. The control unit 80 controls the air system circuit 30, the fuel gas system circuit 40, the cooling system circuit 60, and the high voltage system circuit 70.

エア系回路３０は、エア供給管３１と、エアクリーナ３２と、エアコンプレッサ３３と、加湿器３４と、スタック入口バルブ３５と、エア排出管３６と、スタック出口バルブ３７と、２つの圧力センサ３８、３９を備える。エア供給管３１は、燃料電池１０の酸化剤ガス入口に接続されており、大気中の空気を燃料電池１０に供給するための管である。エアクリーナ３２は、空気をエア供給管３１に取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。エアコンプレッサ３３は、大気中の空気を燃料電池１０に供給する。加湿器３４は、燃料電池１０から排出された酸化剤排ガス中の水分を用いて、燃料電池１０に供給される空気を加湿する。スタック入口バルブ３５は、燃料電池１０への空気の供給をオン・オフする弁である。エア排出管３６は、燃料電池１０から排出された酸化剤排ガスを大気に放出するための管である。スタック出口バルブ３７は、燃料電池１０からの酸化剤排ガスの排出量を制御し、背圧を調整するための弁である。圧力センサ３８は、燃料電池１０の酸化剤ガス入口の直前に設けられ、燃料電池１０に供給される空気の圧力を測定する。圧力センサ３９は、燃料電池１０の酸化剤ガス出口の直後に設けられ、燃料電池１０から排出される酸化剤排ガスの圧力を測定する。制御部８０は、圧力センサ３８、３９で測定された圧力の差から、燃料電池１０の圧力損失を取得することが可能である。エア排出管３６には、消音器が設けられていても良い。 The air system circuit 30 includes an air supply pipe 31, an air cleaner 32, an air compressor 33, a humidifier 34, a stack inlet valve 35, an air discharge pipe 36, a stack outlet valve 37, and two pressure sensors 38. 39 is provided. The air supply pipe 31 is connected to the oxidant gas inlet of the fuel cell 10 and is a pipe for supplying atmospheric air to the fuel cell 10. The air cleaner 32 removes dust in the air when the air is taken into the air supply pipe 31. The air compressor 33 supplies atmospheric air to the fuel cell 10. The humidifier 34 humidifies the air supplied to the fuel cell 10 by using the moisture in the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell 10. The stack inlet valve 35 is a valve that turns on / off the supply of air to the fuel cell 10. The air discharge pipe 36 is a pipe for discharging the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell 10 to the atmosphere. The stack outlet valve 37 is a valve for controlling the amount of oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell 10 and adjusting the back pressure. The pressure sensor 38 is provided immediately before the oxidant gas inlet of the fuel cell 10 and measures the pressure of the air supplied to the fuel cell 10. The pressure sensor 39 is provided immediately after the oxidant gas outlet of the fuel cell 10 and measures the pressure of the oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell 10. The control unit 80 can acquire the pressure loss of the fuel cell 10 from the difference in pressure measured by the pressure sensors 38 and 39. The air discharge pipe 36 may be provided with a silencer.

燃料ガス系回路４０は、燃料ガス供給管４１と、燃料ガスタンク４２と、主止弁４３と、調圧弁４４と、インジェクタ４５と、燃料排ガス排出管４６と、気液分離器４７と、排気排水弁４８と、還流管４９と、還流ポンプ５０と、を備える。燃料ガス供給管４１は、燃料ガスタンク４２と、燃料電池１０の燃料ガス入口とを接続する管である。燃料ガスタンク４２は、燃料ガスとしての水素を貯蔵する。主止弁４３は、燃料ガスタンク４２からの水素の供給をオン・オフする弁である。調圧弁４４は、燃料ガスタンク４２から供給された水素の圧力を低下させる弁である。インジェクタ４５は、水素を燃料電池１０に向けて噴射する装置である。燃料排ガス排出管４６は、燃料電池１０から排出された燃料排ガスを大気に放出するための管である。燃料排ガス排出管４６には、気液分離器４７と、排気排水弁４８が設けられている。気液分離器４７は、燃料排ガス中の気体成分と液体成分とを分離する。排気排水弁４８は、気液分離器４７中の液体成分や、気体成分の排出をオン・オフする。還流管４９は、気液分離器４７と燃料ガス供給管４１のインジェクタ４５の下流とを接続する管である。燃料排ガス中には、未反応の水素が含まれているため、還流管４９を用いて燃料ガス供給管４１に還流し、再利用する。還流ポンプ５０は、燃料ガス供給管４１から気液分離器４７に水素が逆流しないようにする。本実施形態では、エア系回路３０のエア排出管３６と、燃料ガス系回路４０の燃料排ガス排出管４６とは、接続されておらず、酸化剤排ガスと燃料排ガスは、別個に大気に放出されるが、エア系回路３０のエア排出管３６と、燃料ガス系回路４０の燃料排ガス排出管４６とを接続し、酸化剤排ガスと燃料排ガスとを混合して排出しても良い。制御部８０が排気排水弁４８を開けて燃料排ガスを排出するときに、未反応の水素が含まれる場合がある。エア排出管３６と、燃料排ガス排出管４６とを接続し、酸化剤排ガスと燃料排ガスとを混合して排出すれば、燃料排ガス中の未反応の水素を希釈できる。 The fuel gas system circuit 40 includes a fuel gas supply pipe 41, a fuel gas tank 42, a main stop valve 43, a pressure regulating valve 44, an injector 45, a fuel exhaust gas discharge pipe 46, a gas-liquid separator 47, and exhaust drainage. A valve 48, a recirculation pipe 49, and a recirculation pump 50 are provided. The fuel gas supply pipe 41 is a pipe that connects the fuel gas tank 42 and the fuel gas inlet of the fuel cell 10. The fuel gas tank 42 stores hydrogen as a fuel gas. The main stop valve 43 is a valve that turns on / off the supply of hydrogen from the fuel gas tank 42. The pressure regulating valve 44 is a valve that reduces the pressure of hydrogen supplied from the fuel gas tank 42. The injector 45 is a device that injects hydrogen toward the fuel cell 10. The fuel exhaust gas discharge pipe 46 is a pipe for discharging the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell 10 to the atmosphere. The fuel exhaust gas discharge pipe 46 is provided with a gas-liquid separator 47 and an exhaust drain valve 48. The gas-liquid separator 47 separates the gas component and the liquid component in the fuel exhaust gas. The exhaust / drain valve 48 turns on / off the discharge of the liquid component and the gas component in the gas-liquid separator 47. The reflux pipe 49 is a pipe that connects the gas-liquid separator 47 and the downstream of the injector 45 of the fuel gas supply pipe 41. Since unreacted hydrogen is contained in the fuel exhaust gas, it is returned to the fuel gas supply pipe 41 using the return pipe 49 and reused. The recirculation pump 50 prevents hydrogen from flowing back from the fuel gas supply pipe 41 to the gas-liquid separator 47. In the present embodiment, the air discharge pipe 36 of the air system circuit 30 and the fuel exhaust gas discharge pipe 46 of the fuel gas system circuit 40 are not connected, and the oxidant exhaust gas and the fuel exhaust gas are separately released to the atmosphere. However, the air discharge pipe 36 of the air system circuit 30 and the fuel exhaust gas discharge pipe 46 of the fuel gas system circuit 40 may be connected, and the oxidant exhaust gas and the fuel exhaust gas may be mixed and discharged. When the control unit 80 opens the exhaust drain valve 48 to discharge the fuel exhaust gas, unreacted hydrogen may be contained. If the air discharge pipe 36 and the fuel exhaust gas discharge pipe 46 are connected and the oxidant exhaust gas and the fuel exhaust gas are mixed and discharged, the unreacted hydrogen in the fuel exhaust gas can be diluted.

冷却系回路６０は、冷媒供給管６１と、冷媒排出管６２と、バイパス管６３と、ラジエータ６４と、冷媒ポンプ６５と、三方弁６６と、を備える。冷媒供給管６１は、冷媒を燃料電池１０に供給するための管である。本実施形態では、冷媒として、水を用いている。冷媒排出管６２は、燃料電池１０から冷媒が排出される管である。冷媒排出管６２は、三方弁６６の入口に接続されている。三方弁６６の２つの出口は、それぞれバイパス管６３と、ラジエータ６４とに接続されている。三方弁６６は、燃料電池１０から排出された冷媒を、バイパス管６３と、ラジエータ６４とに分流する。バイパス管６３の下流と、ラジエータ６４下流と、は接続されており、冷媒ポンプ６５に接続されている。冷媒ポンプ６５の出口は、冷媒供給管６１に接続されている。三方弁６６によってラジエータ６４に流された冷媒は冷却されるが、バイパス管６３に流された冷媒は冷却されない。従って、バイパス管６３と、ラジエータ６４とに分流された冷媒の量の比により、燃料電池１０に供給される冷媒の温度を制御できる。 The cooling system circuit 60 includes a refrigerant supply pipe 61, a refrigerant discharge pipe 62, a bypass pipe 63, a radiator 64, a refrigerant pump 65, and a three-way valve 66. The refrigerant supply pipe 61 is a pipe for supplying the refrigerant to the fuel cell 10. In this embodiment, water is used as the refrigerant. The refrigerant discharge pipe 62 is a pipe through which the refrigerant is discharged from the fuel cell 10. The refrigerant discharge pipe 62 is connected to the inlet of the three-way valve 66. The two outlets of the three-way valve 66 are connected to the bypass pipe 63 and the radiator 64, respectively. The three-way valve 66 divides the refrigerant discharged from the fuel cell 10 into the bypass pipe 63 and the radiator 64. The downstream of the bypass pipe 63 and the downstream of the radiator 64 are connected to each other and are connected to the refrigerant pump 65. The outlet of the refrigerant pump 65 is connected to the refrigerant supply pipe 61. The refrigerant flowing through the radiator 64 by the three-way valve 66 is cooled, but the refrigerant flowing through the bypass pipe 63 is not cooled. Therefore, the temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell 10 can be controlled by the ratio of the amount of the refrigerant divided into the bypass pipe 63 and the radiator 64.

高電圧系回路７０は、燃料電池昇圧コンバータ（ＦＤＣ）７１と、バッテリコンバータ（ＢＤＣ）７２と、バッテリ（ＢＡＴ）７３と、インバータ（ＩＮＶ）７４と、駆動モータ７５と、補機類７６と、を備える。燃料電池昇圧コンバータ７１は、燃料電池１０に接続されており、燃料電池１０から入力された電圧を昇圧して、高電圧配線７７に出力する。なお、燃料電池１０の出力電圧を昇圧しない場合には、燃料電池昇圧コンバータ７１は、省略可能である。高電圧配線７７には、バッテリコンバータ７２を介して、バッテリ７３が接続されている。バッテリコンバータ７２は、高電圧配線７７から入力された高電圧を降圧して、バッテリ７３に出力する機能と、バッテリ７３から入力された電圧を昇圧して高電圧配線７７に出力する機能と、を有する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである。高電圧配線７７には、インバータ７４が接続されている。インバータ７４は、入力された直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。インバータ７４の出力には、三相交流で駆動する駆動モータ７５が接続されている。駆動モータ７５は、車両の車輪９０を駆動する。インバータ７４は、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生する回生機能を有していても良い。回生された電力は、バッテリ７３に充電される。高電圧配線７７には、さらに、補機類７６が接続されている。補機類７６は、車両を動作させる様々な機器であり、例えば、上述したエアコンプレッサ３３や還流ポンプ５０、冷媒ポンプ６５を駆動するためのインバータが含まれる。補機類７６には、車両の空調装置、ウインカ、ヘッドライト、ワイパー、アクセサリー等が含まれていても良い。 The high-voltage circuit 70 includes a fuel cell boost converter (FDC) 71, a battery converter (BDC) 72, a battery (BAT) 73, an inverter (INV) 74, a drive motor 75, accessories 76, and the like. To be equipped. The fuel cell boost converter 71 is connected to the fuel cell 10, boosts the voltage input from the fuel cell 10, and outputs the voltage to the high voltage wiring 77. When the output voltage of the fuel cell 10 is not boosted, the fuel cell boost converter 71 can be omitted. A battery 73 is connected to the high voltage wiring 77 via a battery converter 72. The battery converter 72 has a function of stepping down the high voltage input from the high voltage wiring 77 and outputting it to the battery 73, and a function of boosting the voltage input from the battery 73 and outputting it to the high voltage wiring 77. It is a bidirectional DC-DC converter. An inverter 74 is connected to the high voltage wiring 77. The inverter 74 converts the input DC voltage into a three-phase AC voltage and outputs it. A drive motor 75 driven by three-phase alternating current is connected to the output of the inverter 74. The drive motor 75 drives the wheels 90 of the vehicle. The inverter 74 may have a regenerative function of regenerating the kinetic energy of the vehicle as electric energy. The regenerated electric power is charged to the battery 73. Auxiliary equipment 76 is further connected to the high voltage wiring 77. The auxiliary machinery 76 is various devices for operating the vehicle, and includes, for example, the above-mentioned air compressor 33, the reflux pump 50, and the inverter for driving the refrigerant pump 65. Auxiliary equipment 76 may include a vehicle air conditioner, a winker, a headlight, a wiper, an accessory, and the like.

燃料電池１０と高電圧系回路７０との間には、燃料電池１０の出力電流を測定する電流センサ２１と、燃料電池１０の出力電圧を測定する電圧センサ２２とが設けられている。また、燃料電池昇圧コンバータ７１には、燃料電池１０のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置２３が接続されている。なお、燃料電池昇圧コンバータ７１が省略されている場合には、インピーダンス測定装置２３は、高電圧配線７７に接続されていてもよい。燃料電池１０には、燃料電池１０の温度を測定するための温度センサ２４が設けられている。なお、冷媒排出管６２から排出される冷媒の温度と燃料電池１０の温度は、ほぼ等しいと考えられる。そのため、温度センサ２４を冷媒排出管６２に設けてもよい。すなわち、燃料電池１０の温度を直接測定するのではなく、冷媒の温度を経由して間接的に測定するようにしても良い。燃料電池１０には、燃料電池１０の鉛直方向に対する傾きを検出する傾きセンサ２５が取り付けられている。 Between the fuel cell 10 and the high voltage system circuit 70, a current sensor 21 for measuring the output current of the fuel cell 10 and a voltage sensor 22 for measuring the output voltage of the fuel cell 10 are provided. Further, an impedance measuring device 23 for measuring the impedance of the fuel cell 10 is connected to the fuel cell boost converter 71. When the fuel cell boost converter 71 is omitted, the impedance measuring device 23 may be connected to the high voltage wiring 77. The fuel cell 10 is provided with a temperature sensor 24 for measuring the temperature of the fuel cell 10. It is considered that the temperature of the refrigerant discharged from the refrigerant discharge pipe 62 and the temperature of the fuel cell 10 are substantially equal to each other. Therefore, the temperature sensor 24 may be provided in the refrigerant discharge pipe 62. That is, instead of directly measuring the temperature of the fuel cell 10, the temperature may be indirectly measured via the temperature of the refrigerant. The fuel cell 10 is equipped with a tilt sensor 25 that detects the tilt of the fuel cell 10 in the vertical direction.

図２は、燃料電池１０の含水量と圧力損失の関係を示すグラフである。燃料電池１０は、水素と酸素との反応により生じた水が含まれている。この水が増加すると、圧力損失が大きくなり、燃料電池１０の各セルのガス流路が閉塞し、燃料電池１０の出力が低下する。また、氷点下では、この水が凍結し、燃料電池１０の各セルのガス流路をより閉塞させる。燃料電池１０を氷点下で始動しようとする場合、急速暖機運転を行うが、このとき、ポンピング水素が発生する場合がある。一般に、燃料電池のカソードでは、以下の式（１）に示す反応により、水が生じる。
２Ｈ＋ ＋ １／２Ｏ２ ＋ ２ｅ− ⇒ Ｈ２Ｏ …（１）
Ｈ＋は、電解質膜を通ってアノードからカソードに移動してきた水素イオンである。
制御部８０は、燃料電池システム１００を氷点下で始動する場合、燃料電池１０に供給する空気を減少させて燃料電池１０の出力電圧を低下させる暖機運転を実行する。一方、燃料電池中の含水量が少ない場合、各セル間の圧力損失のバラツキが大きくなる。この場合、圧力損失の大きなセルでは、空気（酸素）の供給量が少なくなるため、以下の式（２）に示す反応により、カソードに水素が生じる。この水素をポンピング水素と呼ぶ。
２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− ⇒ Ｈ２…（２）
そのため、燃料電池１０の各セルのガス流路の閉塞及びポンピング水素の発生の抑制のためには、燃料電池１０の含水量を適切に制御することが求められる。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the water content of the fuel cell 10 and the pressure loss. The fuel cell 10 contains water generated by the reaction of hydrogen and oxygen. When this water increases, the pressure loss increases, the gas flow path of each cell of the fuel cell 10 is blocked, and the output of the fuel cell 10 decreases. Further, below the freezing point, this water freezes and further blocks the gas flow path of each cell of the fuel cell 10. When the fuel cell 10 is to be started below the freezing point, a rapid warm-up operation is performed, but at this time, pumping hydrogen may be generated. Generally, at the cathode of a fuel cell, water is produced by the reaction represented by the following formula (1).
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − ⇒ H 2 O… (1)
H + is a hydrogen ion that has moved from the anode to the cathode through the electrolyte membrane.
When the fuel cell system 100 is started below the freezing point, the control unit 80 executes a warm-up operation in which the air supplied to the fuel cell 10 is reduced to lower the output voltage of the fuel cell 10. On the other hand, when the water content in the fuel cell is small, the variation in pressure loss between the cells becomes large. In this case, in a cell having a large pressure loss, the amount of air (oxygen) supplied is small, so hydrogen is generated at the cathode by the reaction represented by the following formula (2). This hydrogen is called pumping hydrogen.
2H + + 2e − ⇒ H 2 … (2)
Therefore, in order to block the gas flow path of each cell of the fuel cell 10 and suppress the generation of pumping hydrogen, it is required to appropriately control the water content of the fuel cell 10.

図３は、暖機運転時における燃料電池の含水量と、ポンピング水素との関係を示すグラフである。暖機運転で、燃料電池１０に供給される空気の量が少ない場合、含水量が多くなると、ポンピング水素の量は少なくなり、含水量が多くなると、ポンピング水素の量が多くなる。これは、含水量が少ないと、各セル間の圧力損失のバラツキが大きくなり、その結果、エアストイキ比のバラツキが大きくなり、エアストイキ比の低いセルでポンピング水素が発生するからである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the water content of the fuel cell during warm-up operation and pumping hydrogen. In warm-up operation, when the amount of air supplied to the fuel cell 10 is small, the amount of pumping hydrogen decreases as the water content increases, and the amount of pumping hydrogen increases as the water content increases. This is because when the water content is low, the variation in pressure loss between cells becomes large, and as a result, the variation in the air stoichiometric ratio becomes large, and pumping hydrogen is generated in the cells having a low air stoichiometric ratio.

図４は、エアストイキ比と、発生するポンピング水素の濃度との関係を示す説明図である。ここで、エアストイキ比は、電解質膜を通ってアノードからカソードに移動してきた水素イオンを完全に消費できる空気の量Ａ１に対する供給された空気の量Ａ２、すなわち、Ａ２／Ａ１である。ポンピング水素の量は、エアストイキ比が、１よりも少し大きな値よりも少なくなると発生する。エアストイキ比が１の場合、カソードにおける酸素の分布状態によっては、水素イオンが、酸素と接触しない場合があり、上記式（２）の反応が生じる。そのため、エアストイキ比を１よりも少し大きな値よりも大きくすれば、水素イオンが、酸素と接触し、上記式（１）の反応を生じさせ、ポンピング水素の発生を抑制できる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the air stoichiometric ratio and the concentration of the generated pumping hydrogen. Here, the air stoichiometric ratio is the amount of air supplied A2, that is, A2 / A1 with respect to the amount of air A1 that can completely consume the hydrogen ions that have moved from the anode to the cathode through the electrolyte membrane. The amount of pumping hydrogen occurs when the air stoichiometric ratio is less than a value slightly greater than 1. When the air stoichiometric ratio is 1, hydrogen ions may not come into contact with oxygen depending on the distribution state of oxygen at the cathode, and the reaction of the above formula (2) occurs. Therefore, if the air stoichiometric ratio is made larger than a value slightly larger than 1, hydrogen ions come into contact with oxygen to cause the reaction of the above formula (1), and the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

一般に燃料電池１０は、複数のセルを有しており、各セルの圧力損失が異なる為、エアストイキ比には、バラツキがある。各セルのエアストイキ比のバラツキが小さい場合には、どのセルにおいても、式（１）の反応により、ポンピング水素は発生しない。一方、各セルのエアストイキ比のバラツキが大きい場合には、空気の供給量を減少させた場合、エアストイキ比の小さなセルが生じる。このセルにおいては、式（２）の反応により、ポンピング水素が発生する。 Generally, the fuel cell 10 has a plurality of cells, and the pressure loss of each cell is different, so that the air strike ratio varies. When the variation in the air stoichiometric ratio of each cell is small, pumping hydrogen is not generated by the reaction of the formula (1) in any cell. On the other hand, when the variation in the air stoichiometric ratio of each cell is large, when the air supply amount is reduced, a cell having a small air stoichiometric ratio is generated. In this cell, pumping hydrogen is generated by the reaction of the formula (2).

・第１の制御：
図５は、制御部８０が実行する第１の制御を示すフローチャートである。第１の制御は、制御部８０が燃料電池システム１００を停止するとき、燃料電池１０に空気を供給することで、燃料電池１０の各セルから水を減少させ、その後、燃料電池１０を発電させることで水を増加させ、適切な含水量にするものである。 ・ First control:
FIG. 5 is a flowchart showing the first control executed by the control unit 80. The first control is to supply air to the fuel cell 10 when the control unit 80 stops the fuel cell system 100 to reduce water from each cell of the fuel cell 10 and then generate electricity from the fuel cell 10. This will increase the amount of water and bring it to an appropriate water content.

ステップＳ１００は、制御部８０は、燃料電池システム１００の停止指示を受けると、ステップＳ１１０に移行する。燃料電池システム１００の停止指示は、例えば、車両の運転者がキーをオフにすることで行われる。ステップＳ１１０では、制御部８０は、燃料電池１０の発電を停止させる。制御部８０は、例えば、燃料電池１０への水素の供給を停止することで、燃料電池１０の発電を停止させてもよい。ステップＳ１２０では、制御部８０は、エアコンプレッサ３３を用いて燃料電池１０に空気を供給し、燃料電池１０中の水を排出する掃気処理を実行する。このエアコンプレッサ３３を駆動するための電力は、例えば、バッテリ７３から供給される。この掃気処理における空気の流量は、例えば、燃料電池１０を最大負荷で運転するときの空気の流量の１／５程度であり、燃料電池１０を定常運転するときの空気の量とほぼ同じである。この流量とするのは、ＮＶ（Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏn）を低減するためである。ステップＳ１３０では、制御部８０は、燃料電池１０に水素と空気を供給して、燃料電池１０に発電させる。各セルで生じる生成水の量は、電流量に比例する。一般に、燃料電池１０の各セルは、直列に接続されており、各セルに流れる電流量は同じである。従って、発電により生じる生成水の量は、どのセルにおいても同じである。なお、このステップＳ１３０前のステップＳ１２０ではエアコンプレッサ３３を用いて燃料電池１０に空気が供給されている。そのため、ステップＳ１３０が実行される場合には、燃料電池１０のカソードは、空気で満たされている。その結果、ステップＳ１３０では、上述した式（２）の反応が起こり難い。従って、ポンピング水素が発生し難い。ステップＳ１４０では、制御部８０は、燃料電池１０への水素や空気の供給を停止して、燃料電池システム１００を停止する。 In step S100, when the control unit 80 receives an instruction to stop the fuel cell system 100, the process proceeds to step S110. The stop instruction of the fuel cell system 100 is given, for example, by the driver of the vehicle turning off the key. In step S110, the control unit 80 stops the power generation of the fuel cell 10. The control unit 80 may stop the power generation of the fuel cell 10 by, for example, stopping the supply of hydrogen to the fuel cell 10. In step S120, the control unit 80 supplies air to the fuel cell 10 by using the air compressor 33, and executes a scavenging process for discharging the water in the fuel cell 10. The electric power for driving the air compressor 33 is supplied from, for example, the battery 73. The flow rate of air in this scavenging process is, for example, about 1/5 of the flow rate of air when the fuel cell 10 is operated at the maximum load, and is substantially the same as the amount of air when the fuel cell 10 is constantly operated. .. This flow rate is used to reduce NV (Noise, Vibration). In step S130, the control unit 80 supplies hydrogen and air to the fuel cell 10 to generate electricity in the fuel cell 10. The amount of water produced in each cell is proportional to the amount of current. Generally, each cell of the fuel cell 10 is connected in series, and the amount of current flowing through each cell is the same. Therefore, the amount of water produced by power generation is the same in all cells. In step S120 before this step S130, air is supplied to the fuel cell 10 by using the air compressor 33. Therefore, when step S130 is executed, the cathode of the fuel cell 10 is filled with air. As a result, in step S130, the reaction of the above-mentioned formula (2) is unlikely to occur. Therefore, pumping hydrogen is unlikely to be generated. In step S140, the control unit 80 stops the supply of hydrogen and air to the fuel cell 10 and stops the fuel cell system 100.

図６は、燃料電池システム１００の停止指示を受けてから、次回の燃料電池システム１００の始動までのタイムチャートである。ステップＳ１１０のタイミングで燃料電池の発電状態がオフになり、冷媒の温度が下がり始める。ステップＳ１２０の掃気処理が行われると、燃料電池１０中の含水量が減少していく。ステップＳ１３０では、発電により、冷媒温度が上昇し、含水量も増加する。増加後の含水量をＷｔとする。ステップＳ１４０で燃料電池システム１００が停止されると、冷媒の温度が下がり始める。次回の燃料電池システム１００の始動までに冷媒の温度が０℃以下となると、冷媒は凍結する。次回の燃料電池システム１００の始動の時、氷点下の場合には、空気の供給量を下げて暖機運転が実行される。なお、一部のセルでポンピング水素が生じる場合がある。 FIG. 6 is a time chart from receiving the stop instruction of the fuel cell system 100 to the start of the next fuel cell system 100. At the timing of step S110, the power generation state of the fuel cell is turned off, and the temperature of the refrigerant starts to drop. When the scavenging process in step S120 is performed, the water content in the fuel cell 10 decreases. In step S130, the power generation causes the refrigerant temperature to rise and the water content to increase. Let Wt be the water content after the increase. When the fuel cell system 100 is stopped in step S140, the temperature of the refrigerant begins to drop. If the temperature of the refrigerant becomes 0 ° C. or lower by the time the fuel cell system 100 is started next time, the refrigerant freezes. When the fuel cell system 100 is started next time, if it is below freezing point, the air supply amount is reduced and the warm-up operation is executed. Pumping hydrogen may be generated in some cells.

図６の破線は、比較例を示す。比較例では、ステップＳ１３０の発電を行わず、ステップＳ１２０の掃気処理により、燃料電池１０中の含水量をＷｔまで減らす制御である。かかる場合、次回の燃料電池システム１００の始動の時、実線で示す本実施形態よりもポンピング水素の発生量が多い。 The broken line in FIG. 6 shows a comparative example. In the comparative example, the water content in the fuel cell 10 is reduced to Wt by the scavenging treatment in step S120 without generating electricity in step S130. In such a case, when the fuel cell system 100 is started next time, the amount of pumping hydrogen generated is larger than that of the present embodiment shown by the solid line.

図７は、本実施形態におけるセルの圧力損失を示す説明図である。燃料電池１０には、複数のセルが含まれ、その圧力損失には、バラツキがある。圧力損失は、各セルの製造に起因するセル起因の圧力損失と、セル中の水に起因する水起因の圧力損失の和である。本実施形態では、ステップＳ１２０の掃気処理を実行した後は、セル中の水が排出され、圧力損失は、セル起因の圧力損失のみとなる。その後、ステップＳ１３０の発電でセルの水が増加する。この水の増加量ΔＷは、上述したようにセルを流れた電流量に比例するので、高圧損セルも、低圧損セルも、ほぼ同じである。その結果、水起因の圧力損失を含めた圧力損失のバラツキは、比較的少ない。すなわち、ステップＳ１２０の掃気処理後と、ステップＳ１３０の発電後では、高圧損セルと、低圧損セルの圧力損失の差分は変わらないが、比が変わる。すなわち、ステップＳ１２０の掃気処理後の高圧損セルと、低圧損セルの圧力損失の比に比べ、ステップＳ１３０の発電後における高圧損セルと、低圧損セルの圧力損失の比は小さい。ステップＳ１２０の掃気処理後では、同じ量の空気が供給された場合、低圧損セルに多くの空気が流れるため、高圧損セルでは、空気欠乏になり易い。そのため、上述した式（２）により、ポンピング水素が発生しやすい。一方、ステップＳ１３０の発電後では、高圧損セルにも、低圧損セルほどではないが、比較的多くの空気が供給される。その結果、式（２）の反応が起こり難く、ポンピング水素を発生し難くできる。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the pressure loss of the cell in this embodiment. The fuel cell 10 includes a plurality of cells, and the pressure loss thereof varies. The pressure loss is the sum of the cell-induced pressure loss caused by the manufacture of each cell and the water-induced pressure loss caused by the water in the cell. In the present embodiment, after the scavenging treatment in step S120 is executed, the water in the cell is discharged, and the pressure loss is only the pressure loss caused by the cell. After that, the water in the cell increases with the power generation in step S130. Since the amount of increase ΔW of this water is proportional to the amount of current flowing through the cell as described above, the high-voltage loss cell and the low-voltage loss cell are almost the same. As a result, the variation in pressure loss including the pressure loss caused by water is relatively small. That is, after the scavenging process in step S120 and after the power generation in step S130, the difference between the pressure loss of the high-voltage loss cell and the pressure loss of the low-voltage loss cell does not change, but the ratio changes. That is, the ratio of the pressure loss of the high-voltage loss cell and the low-voltage loss cell after the power generation in step S130 is smaller than the ratio of the pressure loss of the high-voltage loss cell and the low-voltage loss cell after the scavenging treatment in step S120. After the scavenging process in step S120, when the same amount of air is supplied, a large amount of air flows through the low-pressure loss cell, so that the high-pressure loss cell tends to be deficient in air. Therefore, pumping hydrogen is likely to be generated by the above-mentioned equation (2). On the other hand, after the power generation in step S130, a relatively large amount of air is supplied to the high-voltage loss cell, though not as much as the low-voltage loss cell. As a result, the reaction of the formula (2) is unlikely to occur, and pumping hydrogen can be hardly generated.

図８は、比較例におけるセルの圧力損失を示す説明図である。掃気処理が行われる前の状態は、図７に示す場合と同じである。掃気処理を実行した後の各セルの水の含水量は、セル起因の圧力損失が大きいほど多い。その結果、水起因の圧力損失を含めた圧力損失のバラツキは、本実施形態のステップＳ１３０の発電後における圧力損失のバラツキに比べて大きい。従って、次回の燃料電池システム１００の始動の時、氷点下の場合であって、空気の供給量を下げて暖機運転が実行された場合、水起因の圧力損失を含めた圧力損失が大きなセルでポンピング水素が発生し易い。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the pressure loss of the cell in the comparative example. The state before the scavenging process is performed is the same as the case shown in FIG. The water content of each cell after performing the scavenging treatment increases as the pressure loss due to the cell increases. As a result, the variation in pressure loss including the pressure loss due to water is larger than the variation in pressure loss after power generation in step S130 of the present embodiment. Therefore, when the fuel cell system 100 is started next time, when the temperature is below freezing and the warm-up operation is executed by reducing the air supply amount, the cell has a large pressure loss including the pressure loss caused by water. Pumping hydrogen is likely to be generated.

以上、本実施形態の第１の制御によれば、制御部８０は、燃料電池１０の発電を停止させるとき、エアコンプレッサ３３を駆動して燃料電池１０の水を排出させる掃気処理を実行し、掃気処理を実行した後、燃料電池１０の発電を実行して燃料電池の含水量を増加させ、その後、燃料電池１０の発電を停止させる。そのため、燃料電池のセル間の圧力損失のバラツキを低減できる。すなわち、氷点下の始動時に空気の供給量を下げて暖機運転を実行した場合、ポンピング水素が発生する可能性のある圧力損失の大きなセルを少なくできる。その結果、氷点下の始動時に空気の供給量を下げて暖機運転を実行した場合、ポンピング水素の発生量を少なくし、あるいはポンピング水素の発生を抑制できる。 As described above, according to the first control of the present embodiment, when the power generation of the fuel cell 10 is stopped, the control unit 80 executes the scavenging process of driving the air compressor 33 to discharge the water of the fuel cell 10. After executing the scavenging process, power generation of the fuel cell 10 is executed to increase the water content of the fuel cell, and then the power generation of the fuel cell 10 is stopped. Therefore, the variation in pressure loss between the cells of the fuel cell can be reduced. That is, when the warm-up operation is performed by reducing the amount of air supplied at the start below the freezing point, it is possible to reduce the cells having a large pressure loss that may generate pumping hydrogen. As a result, when the warm-up operation is performed by reducing the air supply amount at the start below the freezing point, the amount of pumping hydrogen generated can be reduced or the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

また、燃料電池１０の含水量を増加させてから減少させる、あるいは単に減少させる場合、セル間のバラツキを考慮すると、適切な含水量に制御することは難しい。これに対し、第１制御によれば、燃料電池１０の含水量を先に減少させ、その後増加させるので、燃料電池システム１００の停止時における燃料電池１０の含水量を適切、且つ容易に制御できる。 Further, when the water content of the fuel cell 10 is increased and then decreased, or simply decreased, it is difficult to control the water content to an appropriate level in consideration of the variation between cells. On the other hand, according to the first control, since the water content of the fuel cell 10 is decreased first and then increased, the water content of the fuel cell 10 when the fuel cell system 100 is stopped can be appropriately and easily controlled. ..

・第２の制御：
図９は、制御部８０が実行する第２の制御を示すフローチャートである。図９に示す第２の制御は、図５に示す第１の制御と比較すると、ステップＳ１３２、Ｓ１３４を備える点が異なる。以下、説明していないステップのみ説明する。後述する他の制御についても同様に説明していないステップのみ説明する。ステップＳ１３２では、制御部８０は、ステップＳ１３０の燃料電池１０の発電を実行した後の燃料電池１０の含水量Ｗ１を取得する。含水量Ｗ１は、例えば、燃料電池１０に流した電流から生成水の量を算出して求めることができる。また、含水量Ｗ１は、インピーダンス測定装置２３を用いて燃料電池１０のインピーダンスを測定し、このインピーダンスから求めることができる。インピーダンスを測定するときの周波数は、例えば２０Ｈｚである。ステップＳ１３４では、制御部８０は、含水量Ｗ１が第１の判定値Ｗｊ１以上か否かを判断し、以上の場合には、ステップＳ１４０に移行し、未満の場合には、ステップＳ１３０に戻る。第１の判定値Ｗｊ１は、燃料電池１０のセルの圧力損失のバラツキを考慮し、ポンピング水素の発生量が所定の値以下となる含水量の値である。 ・ Second control:
FIG. 9 is a flowchart showing a second control executed by the control unit 80. The second control shown in FIG. 9 is different from the first control shown in FIG. 5 in that steps S132 and S134 are provided. Hereinafter, only the steps not described will be described. Only the steps that are not described in the same manner for other controls described later will be described. In step S132, the control unit 80 acquires the water content W1 of the fuel cell 10 after executing the power generation of the fuel cell 10 in step S130. The water content W1 can be obtained, for example, by calculating the amount of generated water from the current flowing through the fuel cell 10. Further, the water content W1 can be determined from the impedance of the fuel cell 10 measured by using the impedance measuring device 23. The frequency at which the impedance is measured is, for example, 20 Hz. In step S134, the control unit 80 determines whether or not the water content W1 is equal to or greater than the first determination value Wj1, and if so, proceeds to step S140, and if less than, returns to step S130. The first determination value Wj1 is a water content value at which the amount of pumping hydrogen generated is equal to or less than a predetermined value in consideration of the variation in the pressure loss of the cell of the fuel cell 10.

図１０は、インピーダンスを用いて含水量を測定できる理由を示す説明図である。燃料電池１０のセル１１は、電解質膜１２と、アノード側電解質１３と、カソード側電解質１４と、アノード側触媒１５と、カソード側触媒１６と、を備える。電解質膜１２は、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜により形成されている。アノード側電解質１３とカソード側電解質１４は、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマを含むアイオノマにより形成されている。アノード側触媒１５と、カソード側触媒１６は、それぞれ、カーボン粒子などの触媒担持粒子に、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒を担持してなる触媒である。等価回路では、アノード側電解質１３は、キャパシタＣａと拡散抵抗Ｚａにより表され、カソード側電解質１４は、キャパシタＣｃと拡散抵抗Ｚｃにより表され、電解質膜１２は、プロトン移動抵抗Ｒｍで表される。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing the reason why the water content can be measured using impedance. The cell 11 of the fuel cell 10 includes an electrolyte membrane 12, an anode-side electrolyte 13, a cathode-side electrolyte 14, an anode-side catalyst 15, and a cathode-side catalyst 16. The electrolyte membrane 12 is formed of, for example, a proton-conducting ion exchange membrane made of a fluorine-based resin such as a perfluorocarbon sulfonic acid polymer or a hydrocarbon-based resin. The anode-side electrolyte 13 and the cathode-side electrolyte 14 are formed of, for example, an ionomer containing a perfluorocarbon sulfonic acid polymer. The anode-side catalyst 15 and the cathode-side catalyst 16 are catalysts in which a platinum catalyst or a platinum alloy catalyst made of platinum and another metal is supported on catalyst-supporting particles such as carbon particles, respectively. In the equivalent circuit, the anode-side electrolyte 13 is represented by the capacitor Ca and the diffusion resistance Za, the cathode-side electrolyte 14 is represented by the capacitor Cc and the diffusion resistance Zc, and the electrolyte membrane 12 is represented by the proton transfer resistance Rm.

燃料電池１０では、水素と酸素が反応するためには、水素がアノード側触媒１５でプロトンと電子に電離し、プロトンが電解質膜１２を通ってカソード側に移動し、カソード側触媒１６で電子及び酸素と反応する必要がある。セル１１中の含水量が減少すると、電解質膜１２が乾燥し、水とともに移動するプロトンが移動し難くなり、電解質膜１２のプロトン移動抵抗Ｒｍが増加する。燃料電池１０のインピーダンスを計測すると、キャパシタＣａ、Ｃｃのインピーダンスは、ほぼゼロになり、プロトン移動抵抗Ｒｍのみがインピーダンスとして計測される。したがって、制御部８０は、燃料電池１０のインピーダンスを計測することで、セル１１の含水量を取得し、燃料電池１０中の含水量を取得できる。 In the fuel cell 10, in order for hydrogen and oxygen to react, hydrogen is ionized into protons and electrons by the anode side catalyst 15, the protons move to the cathode side through the electrolyte membrane 12, and electrons and electrons are generated by the cathode side catalyst 16. Needs to react with oxygen. When the water content in the cell 11 decreases, the electrolyte membrane 12 dries, the protons that move with water become difficult to move, and the proton transfer resistance Rm of the electrolyte membrane 12 increases. When the impedance of the fuel cell 10 is measured, the impedances of the capacitors Ca and Cc become almost zero, and only the proton transfer resistance Rm is measured as the impedance. Therefore, the control unit 80 can acquire the water content of the cell 11 and acquire the water content in the fuel cell 10 by measuring the impedance of the fuel cell 10.

図１１は、燃料電池１０の含水量と、インピーダンスの関係を示すグラフである。燃料電池１０の含水量とインピーダンスとは、１対１に対応しているので、インピーダンスから燃料電池１０の含水量を求めることができる。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the water content of the fuel cell 10 and the impedance. Since the water content of the fuel cell 10 and the impedance have a one-to-one correspondence, the water content of the fuel cell 10 can be obtained from the impedance.

以上、第２の制御によれば、同様に、第１の制御の効果を有する。また、制御部８０は、含水量Ｗ１が第１の判定値Ｗｊ１以上となるまで燃料電池１０を運転して含水量を増加させるので、水起因の圧力損失を精度良く制御できる。その結果、圧力損失のバラツキをより少なくでき、ポンピング水素の発生を抑制できる。 As described above, according to the second control, the effect of the first control is similarly obtained. Further, since the control unit 80 operates the fuel cell 10 until the water content W1 becomes equal to or higher than the first determination value Wj1 to increase the water content, the pressure loss caused by water can be controlled accurately. As a result, the variation in pressure loss can be reduced and the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

なお、第２の制御では、制御部８０は、ステップＳ１３２で含水量を求め、ステップＳ１３４で含水量を判断し、ステップＳ１４０に移行しているが、インピーダンスの値でステップＳ１４０に移行するか否かを判断してもよい。すなわち、インピーダンスが判定値以下になった場合には、ステップＳ１４０に移行してもよい。また、ステップＳ１３０で流した電流の積算値が判定値以上となった場合にステップＳ１４０に移行してもよい。これらは、含水量を判断することと等価だからである。さらに、制御部８０は、圧力センサ３８、３９を用いて燃料電池１０のカソードの圧力損失を求め、圧力損失を用いて、含水量を判断してもよい。すなわち、インピーダンスや電流の積算値を用いて、含水量を間接的に判断していると言える。すなわち、含水量は、直接判断してもよく、他のパラメータで間接的に判断してもよい。後述する他の制御でも同じである。 In the second control, the control unit 80 obtains the water content in step S132, determines the water content in step S134, and proceeds to step S140, but whether or not to shift to step S140 based on the impedance value. You may judge whether or not. That is, when the impedance becomes equal to or less than the determination value, the process may proceed to step S140. Further, when the integrated value of the current passed in step S130 is equal to or greater than the determination value, the process may proceed to step S140. This is because these are equivalent to determining the water content. Further, the control unit 80 may obtain the pressure loss of the cathode of the fuel cell 10 by using the pressure sensors 38 and 39, and determine the water content by using the pressure loss. That is, it can be said that the water content is indirectly determined by using the integrated value of impedance and current. That is, the water content may be determined directly or indirectly by other parameters. The same applies to other controls described later.

・第３の制御：
図１２は、制御部８０が実行する第３の制御を示すフローチャートである。図１２に示す第３の制御は、図９に示す第２の制御と比較すると、ステップＳ１２２とステップＳ１２４が追加されている点が異なる。ステップＳ１２２では、制御部８０は、ステップＳ１２０の燃料電池１０の掃気処理を実行した後の燃料電池１０の含水量Ｗ２を取得する。含水量Ｗ２は、例えば、インピーダンス測定装置２３を用いて燃料電池１０のインピーダンスを測定し、このインピーダンスから求めることができる。ステップＳ１２４では、制御部８０は、含水量Ｗ２が第２の判定値Ｗｊ２以下か否かを判断し、以下の場合には、ステップＳ１３０に移行し、越える場合には、ステップＳ１２０に戻る。第２の判定値Ｗｊ２は、燃料電池１０のセル１１間の含水量のバラツキを考慮し、含水量が最も多いセルでも、次回の氷点下始動時において、凍結による出力の低下や閉塞の影響が発生しない含水量の値である。なお、第２の判定値Ｗｊ２は、第１の判定値Ｗｊ１よりも小さな値である。また、含水量が最も多いセル１１は、通常、セル起因の圧力損失が最も大きなセルである。 ・ Third control:
FIG. 12 is a flowchart showing a third control executed by the control unit 80. The third control shown in FIG. 12 is different from the second control shown in FIG. 9 in that steps S122 and S124 are added. In step S122, the control unit 80 acquires the water content W2 of the fuel cell 10 after executing the scavenging process of the fuel cell 10 in step S120. The water content W2 can be determined from, for example, the impedance of the fuel cell 10 measured by using the impedance measuring device 23. In step S124, the control unit 80 determines whether or not the water content W2 is equal to or less than the second determination value Wj2. In the following cases, the process proceeds to step S130, and if it exceeds, the process returns to step S120. The second determination value Wj2 takes into consideration the variation in water content between cells 11 of the fuel cell 10, and even in the cell with the highest water content, the effect of output reduction or blockage due to freezing occurs at the next start below freezing point. Not the value of water content. The second determination value Wj2 is smaller than the first determination value Wj1. Further, the cell 11 having the highest water content is usually the cell having the largest pressure loss due to the cell.

以上、第３の制御によれば、同様に、第１の制御や第２の制御による効果を有する。また、制御部８０は、ステップＳ１２０の掃気処理において、燃料電池１０の含水量を第２の判定値Ｗｊ２以下まで減少させる。このとき、セル１１の含水量は、セル起因の圧力損失が最も大きなセルの含水量以下となる。その後、Ｓ１３０の発電で、含水量を第１の判定値Ｗｊ１以上に増加させる。したがって、ステップＳ１４０を行う時点における、水起因の圧力損失を含めた圧力損失のバラツキを更に少なくできる。その結果、ポンピング水素の発生を抑制できる。 As described above, according to the third control, similarly, the effect of the first control and the second control is obtained. Further, the control unit 80 reduces the water content of the fuel cell 10 to the second determination value Wj2 or less in the scavenging process in step S120. At this time, the water content of the cell 11 is equal to or less than the water content of the cell having the largest pressure loss due to the cell. After that, the water content is increased to the first determination value Wj1 or more by the power generation of S130. Therefore, the variation in pressure loss including the pressure loss caused by water at the time of performing step S140 can be further reduced. As a result, the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

・第４の制御：
図１３は、制御部８０が実行する第４の制御を示すフローチャートである。図１３に示す第４の制御は、図９に示す第２の制御と比較すると、ステップＳ１０２とステップＳ１１４が追加されている点が異なる。制御部８０は、ステップＳ１００の燃料電池システム１００の停止指示を受けると、ステップＳ１０２で、燃料電池１０の含水量Ｗ３を取得する。この含水量Ｗ３は、掃気処理を実行する前の燃料電池１０の含水量である。ステップＳ１１４では、制御部８０は、含水量Ｗ３が第３の判定値Ｗｊ３以上か否かを判断し、以上の場合には、ステップＳ１２０に移行し、未満の場合には、ステップＳ１４０に移行する。第３の判定値Ｗｊ３は、これ以上含水量が多いと、次回の氷点下始動時において、凍結によって出力が低下し、目標の出力が出ない含水量の値である。第３の判定値Ｗｊ３は、第１の判定値Ｗｊ１よりも大きい値である。第１の判定値Ｗｊ１、第２の判定値Ｗｊ２、第３の判定値Ｗｊ２の間には、以下の式（３）の関係がある。
Ｗｊ２＜Ｗｊ１＜Ｗｊ３ …（３） ・ Fourth control:
FIG. 13 is a flowchart showing a fourth control executed by the control unit 80. The fourth control shown in FIG. 13 is different from the second control shown in FIG. 9 in that step S102 and step S114 are added. When the control unit 80 receives the stop instruction of the fuel cell system 100 in step S100, the control unit 80 acquires the water content W3 of the fuel cell 10 in step S102. This water content W3 is the water content of the fuel cell 10 before the scavenging treatment is executed. In step S114, the control unit 80 determines whether or not the water content W3 is equal to or greater than the third determination value Wj3. If it is greater than or equal to that, the process proceeds to step S120, and if it is less than or equal to, the process proceeds to step S140. .. The third determination value Wj3 is a value of the water content that, if the water content is larger than this, the output is lowered due to freezing at the next start below the freezing point, and the target output is not obtained. The third determination value Wj3 is a value larger than the first determination value Wj1. There is a relationship of the following equation (3) between the first determination value Wj1, the second determination value Wj2, and the third determination value Wj2.
Wj2 <Wj1 <Wj3 ... (3)

図１４は、燃料電池１０の含水量Ｗ３と、その含水量を第２の判定値Ｗｊ２とするまでの掃気処理時間との関係を示すグラフである。図１４から分かるように、含水量が多ければ、含水量を第２の判定値Ｗｊ２とするまでの掃気処理時間も長くなる。制御部８０は、例えば、このグラフを用いることにより、掃気処理前の含水量Ｗ３から、掃気処理時間を求め、ステップＳ１２０の掃気処理を実行できる。 FIG. 14 is a graph showing the relationship between the water content W3 of the fuel cell 10 and the scavenging treatment time until the water content is set to the second determination value Wj2. As can be seen from FIG. 14, the larger the water content, the longer the scavenging treatment time until the water content becomes the second determination value Wj2. By using this graph, for example, the control unit 80 can obtain the scavenging treatment time from the water content W3 before the scavenging treatment and execute the scavenging treatment in step S120.

以上、第４の制御によれば、同様に、第１の制御や第２の制御による効果を有する。制御部８０は、含水量Ｗ３が第３の判定値Ｗｊ３未満の場合には、制御部８０は、ステップＳ１２０の掃気処理や、ステップＳ１３０の発電による含水量の増加を行わない。そのため、含水量Ｗ３が第３の判定値Ｗｊ３未満で、掃気処理やその後の発電が不要な場合には、エネルギーの消費を抑えることができる。 As described above, according to the fourth control, similarly, the effect of the first control and the second control is obtained. When the water content W3 is less than the third determination value Wj3, the control unit 80 does not perform the scavenging process in step S120 or increase the water content due to the power generation in step S130. Therefore, when the water content W3 is less than the third determination value Wj3 and scavenging treatment or subsequent power generation is unnecessary, energy consumption can be suppressed.

・第５の制御：
図１５は、制御部８０が実行する第５の制御を示すフローチャートである。第５の制御は、第２の制御、第３の制御、第４の制御で行われている含水量の取得と判断のステップを全て実行する制御である。各ステップの処理については、第１の制御から第４の制御で説明しているので、説明を省略する。 ・ Fifth control:
FIG. 15 is a flowchart showing a fifth control executed by the control unit 80. The fifth control is a control that executes all the steps of acquiring and determining the water content performed in the second control, the third control, and the fourth control. Since the processing of each step is described in the first control to the fourth control, the description thereof will be omitted.

第５の制御によれば、同様に、第１の制御から第４の制御で説明した効果を有する。また、第５の実施形態によれば、燃料電池システム１００の停止指示を受けた時、掃気処理後、発電による含水量を増加させた後の全ての段階で含水量を求めて制御するので、より正確な含水量の制御ができ、圧力損失のバラツキを更に少なくできる。その結果、ポンピング水素の発生をより抑制できる。 According to the fifth control, similarly, it has the effects described in the first control to the fourth control. Further, according to the fifth embodiment, when the fuel cell system 100 is instructed to stop, the water content is obtained and controlled at all stages after the scavenging process and the water content due to the power generation are increased. More accurate water content control is possible, and the variation in pressure loss can be further reduced. As a result, the generation of pumping hydrogen can be further suppressed.

・第６の制御：
図１６は、制御部８０が実行する第６の制御を示すフローチャートである。図５に示す第１実施形態のフローチャートと比較すると、ステップＳ１０６とステップＳ１１６が追加されている点が異なる。ステップＳ１０６では、制御部８０は、燃料電池１０の温度Ｔｃを取得する。制御部８０は、燃料電池１０の温度Ｔｃを、燃料電池１０に取り付けられた温度センサ２４を用いて直接取得しても良く、冷媒の温度を経由して間接的に測定するようにしても良い。ステップＳ１１６では、制御部８０は、燃料電池１０の温度Ｔｃが第４の判定値Ｔｊ４以下か否かを判断し、以下の場合には、ステップＳ１２０に移行し、越える場合には、ステップＳ１４０に移行する。すなわち、制御部８０は、燃料電池１０の温度Ｔｃが第４の判定値Ｔｊ４以下の場合には、掃気処理を実行し、越える場合には、燃料電池システム１００を停止させる。 ・ Sixth control:
FIG. 16 is a flowchart showing a sixth control executed by the control unit 80. Compared with the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 5, the difference is that step S106 and step S116 are added. In step S106, the control unit 80 acquires the temperature Tc of the fuel cell 10. The control unit 80 may directly acquire the temperature Tc of the fuel cell 10 using the temperature sensor 24 attached to the fuel cell 10, or may indirectly measure the temperature Tc via the temperature of the refrigerant. .. In step S116, the control unit 80 determines whether or not the temperature Tc of the fuel cell 10 is equal to or less than the fourth determination value Tj4. In the following cases, the process proceeds to step S120, and if it exceeds, the process proceeds to step S140. Transition. That is, the control unit 80 executes the scavenging process when the temperature Tc of the fuel cell 10 is equal to or less than the fourth determination value Tj4, and stops the fuel cell system 100 when the temperature Tc exceeds the temperature Tj4.

燃料電池１０の温度Ｔｃが低い場合には、飽和水蒸気量が低くなるため、燃料電池１０内の水蒸気が少なく、液水が多い状態となり、圧力損失が増加する。その結果、氷点下の始動時に、空気の供給量が少なくなり、ポンピング水素が発生するおそれがある。そのため、燃料電池１０の温度Ｔｃが低い場合には、制御部８０は、掃気処理を実行する。 When the temperature Tc of the fuel cell 10 is low, the saturated water vapor amount is low, so that the water vapor in the fuel cell 10 is low and the liquid water is high, and the pressure loss increases. As a result, at the time of starting below the freezing point, the amount of air supplied is reduced, and pumping hydrogen may be generated. Therefore, when the temperature Tc of the fuel cell 10 is low, the control unit 80 executes the scavenging process.

図１７は、燃料電池１０の温度Ｔｃと、含水量を第２の判定値Ｗｊ２とするまでの掃気処理時間との関係を示すグラフである。図１７から分かるように、燃料電池１０の温度Ｔｃが低ければ、含水量を第２の判定値Ｗｊ２とするまでの掃気処理時間も長くなる。制御部８０は、例えば、このグラフを用いることにより、燃料電池１０の温度Ｔｃから、掃気処理時間を求め、ステップＳ１２０の掃気処理を実行できる。 FIG. 17 is a graph showing the relationship between the temperature Tc of the fuel cell 10 and the scavenging treatment time until the water content is set to the second determination value Wj2. As can be seen from FIG. 17, if the temperature Tc of the fuel cell 10 is low, the scavenging treatment time until the water content becomes the second determination value Wj2 also becomes long. By using this graph, for example, the control unit 80 can obtain the scavenging process time from the temperature Tc of the fuel cell 10 and execute the scavenging process in step S120.

以上、第６の制御によれば、燃料電池１０の温度Ｔｃが低い場合には、制御部８０は、掃気処理を実行するため、氷点下の始動時にポンピング水素の発生を抑制できる。 As described above, according to the sixth control, when the temperature Tc of the fuel cell 10 is low, the control unit 80 executes the scavenging process, so that the generation of pumping hydrogen can be suppressed at the time of starting below the freezing point.

・第７の制御：
図１８は、制御部８０が実行する第７の制御を示すフローチャートである。図５に示す第１実施形態のフローチャートと比較すると、ステップＳ１０８とステップＳ１１８が追加されている点が異なる。ステップＳ１０８では、制御部８０は、燃料電池１０の圧力損失ΔＰを取得する。制御部８０は、圧力センサ３８、３９で測定した圧力の差を用いて、燃料電池１０の圧力損失ΔＰを算出できる。ステップＳ１１８では、制御部８０は、燃料電池１０の圧力損失ΔＰが第５の判定値Ｐｊ５以上か否かを判断し、以上の場合には、ステップＳ１２０に移行し、未満の場合には、ステップＳ１４０に移行する。すなわち、制御部８０は、燃料電池１０の圧力損失ΔＰが第５の判定値Ｐｊ５以上の場合には、掃気処理を実行し、未満の場合には、燃料電池システム１００を停止させる。 ・ Seventh control:
FIG. 18 is a flowchart showing a seventh control executed by the control unit 80. Compared with the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 5, the difference is that step S108 and step S118 are added. In step S108, the control unit 80 acquires the pressure loss ΔP of the fuel cell 10. The control unit 80 can calculate the pressure loss ΔP of the fuel cell 10 by using the difference in pressure measured by the pressure sensors 38 and 39. In step S118, the control unit 80 determines whether or not the pressure loss ΔP of the fuel cell 10 is equal to or greater than the fifth determination value Pj5. If it is equal to or greater than that, the process proceeds to step S120. Move to S140. That is, the control unit 80 executes the scavenging process when the pressure loss ΔP of the fuel cell 10 is equal to or greater than the fifth determination value Pj5, and stops the fuel cell system 100 when the pressure loss ΔP is less than the fifth determination value Pj5.

燃料電池１０圧力損失ΔＰが大きい場合には、氷点下の始動時に、空気の供給量が少なくなり、ポンピング水素が発生するおそれがある。そのため、燃料電池１０圧力損失ΔＰが大きい場合には、制御部８０は、掃気処理を実行する。 When the fuel cell 10 pressure loss ΔP is large, the amount of air supplied is reduced at the time of starting below the freezing point, and pumping hydrogen may be generated. Therefore, when the fuel cell 10 pressure loss ΔP is large, the control unit 80 executes the scavenging process.

図１９は、燃料電池１０の圧力損失ΔＰと、含水量を第２の判定値Ｗｊ２とするまでの掃気処理時間との関係を示すグラフである。図１９から分かるように、燃料電池１０圧力損失Δが大きければ、含水量を第２の判定値Ｗｊ２とするまでの掃気処理時間も長くなる。制御部８０は、例えば、このグラフを用いることにより、燃料電池１０圧力損失ΔＰから、掃気処理時間を求め、ステップＳ１２０の掃気処理を実行できる。 FIG. 19 is a graph showing the relationship between the pressure loss ΔP of the fuel cell 10 and the scavenging treatment time until the water content is set to the second determination value Wj2. As can be seen from FIG. 19, if the fuel cell 10 pressure loss Δ is large, the scavenging treatment time until the water content is set to the second determination value Wj2 is also long. By using this graph, for example, the control unit 80 can obtain the scavenging process time from the fuel cell 10 pressure loss ΔP and execute the scavenging process in step S120.

以上、第７の制御によれば、燃料電池１０圧力損失ΔＰが大きい場合には、制御部８０は、掃気処理を実行するため、氷点下の始動時にポンピング水素の発生を抑制できる。 As described above, according to the seventh control, when the fuel cell 10 pressure loss ΔP is large, the control unit 80 executes the scavenging process, so that the generation of pumping hydrogen can be suppressed at the time of starting below the freezing point.

・第８の制御：
図２０は、制御部８０が実行する第８の制御を示すフローチャートである。図５に示す第１実施形態のフローチャートと比較すると、ステップＳ１０９とステップＳ１１９が追加されている点が異なる。ステップＳ１０９では、制御部８０は、傾きセンサ２５を用いて、燃料電池１０の傾きＳを取得する。ステップＳ１１９では、制御部８０は、燃料電池１０の傾きＳが第６の判定値Ｓｊ６以上か否かを判断し、以上の場合には、ステップＳ１２０に移行し、未満の場合には、ステップＳ１４０に移行する。すなわち、制御部８０は、燃料電池１０の傾きＳが第６の判定値Ｓｊ６以上の場合には、掃気処理を実行し、未満の場合には、燃料電池システム１００を停止させる。 ・ Eighth control:
FIG. 20 is a flowchart showing an eighth control executed by the control unit 80. Compared with the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 5, the difference is that step S109 and step S119 are added. In step S109, the control unit 80 acquires the inclination S of the fuel cell 10 by using the inclination sensor 25. In step S119, the control unit 80 determines whether or not the inclination S of the fuel cell 10 is equal to or greater than the sixth determination value Sj6. If it is greater than or equal to the sixth determination value Sj6, the process proceeds to step S120, and if it is less than or equal to step S140. Move to. That is, the control unit 80 executes the scavenging process when the inclination S of the fuel cell 10 is equal to or greater than the sixth determination value Sj6, and stops the fuel cell system 100 when the inclination S is less than the sixth determination value Sj6.

燃料電池システム１００が車両に搭載される場合、車両の停止状態によっては、燃料電池１０が重力方向に対して傾き、一部のセルの液水が増加し、一部のセルの圧力損失が増大し、ポンピング水素が発生するおそれがある。そのため、燃料電池１０が重力方向に対して一定以上傾いている場合には、制御部８０は、掃気処理を実行する。その結果、ポンピング水素が発生を抑制できる。 When the fuel cell system 100 is mounted on a vehicle, the fuel cell 10 tilts with respect to the direction of gravity depending on the stopped state of the vehicle, the liquid water in some cells increases, and the pressure loss in some cells increases. However, pumping hydrogen may be generated. Therefore, when the fuel cell 10 is tilted by a certain amount or more with respect to the direction of gravity, the control unit 80 executes the scavenging process. As a result, the generation of pumping hydrogen can be suppressed.

本発明は、上述の実施形態や他の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and other embodiments, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the embodiment corresponding to the technical feature in each embodiment described in the column of the outline of the invention, the technical feature in another embodiment may be used to solve a part or all of the above-mentioned problems, or In order to achieve some or all of the above-mentioned effects, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.

１０…燃料電池 １１…セル １２…電解質膜 １３…アノード側電解質 １４…カソード側電解質 １５…アノード側触媒 １６…カソード側触媒 ２１…電流センサ ２２…電圧センサ ２３…インピーダンス測定装置 ２４…温度センサ ２５…傾きセンサ ３０…エア系回路 ３１…エア供給管 ３２…エアクリーナ ３３…エアコンプレッサ ３４…加湿器 ３５…スタック入口バルブ ３６…エア排出管 ３７…スタック出口バルブ ３８…圧力センサ ３９…圧力センサ ４０…燃料ガス系回路 ４１…燃料ガス供給管 ４２…燃料ガスタンク ４３…主止弁 ４４…調圧弁 ４５…インジェクタ ４６…燃料排ガス排出管 ４７…気液分離器 ４８…排気排水弁 ４９…還流管 ５０…還流ポンプ ６０…冷却系回路 ６１…冷媒供給管 ６２…冷媒排出管 ６３…バイパス管 ６４…ラジエータ ６５…冷媒ポンプ ６６…三方弁 ７０…高電圧系回路 ７１…燃料電池昇圧コンバータ ７２…バッテリコンバータ ７３…バッテリ ７４…インバータ ７５…駆動モータ ７６…補機類 ７７…高電圧配線 ８０…制御部
９０…車輪 １００…燃料電池システム 10 ... Fuel cell 11 ... Cell 12 ... Electrolyte film 13 ... Anoside electrolyte 14 ... Cathode side electrolyte 15 ... Anoden side catalyst 16 ... Cathode side catalyst 21 ... Current sensor 22 ... Voltage sensor 23 ... Impedance measuring device 24 ... Temperature sensor 25 ... Tilt sensor 30 ... Air system circuit 31 ... Air supply pipe 32 ... Air cleaner 33 ... Air compressor 34 ... Humidifier 35 ... Stack inlet valve 36 ... Air discharge pipe 37 ... Stack outlet valve 38 ... Pressure sensor 39 ... Pressure sensor 40 ... Fuel gas System circuit 41 ... Fuel gas supply pipe 42 ... Fuel gas tank 43 ... Main stop valve 44 ... Pressure regulating valve 45 ... Injector 46 ... Fuel exhaust gas discharge pipe 47 ... Gas-liquid separator 48 ... Exhaust drain valve 49 ... Recirculation pipe 50 ... Recirculation pump 60 … Cooling system circuit 61… Refrigerator supply pipe 62… Refrigerator discharge pipe 63… Bypass pipe 64… Radiator 65… Refrigerator pump 66… Three-way valve 70… High voltage system circuit 71… Fuel cell boost converter 72… Battery converter 73… Battery 74… Inverter 75 ... Drive motor 76 ... Auxiliary equipment 77 ... High voltage wiring 80 ... Control unit 90 ... Wheel 100 ... Fuel cell system

Claims (1)

燃料電池システムであって、
複数のセルを有する燃料電池と、
前記燃料電池の発電を制御する制御部と、
前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の発電を停止させるとき、
前記エアコンプレッサを駆動して前記燃料電池の水を排出させる掃気処理を実行し、
前記掃気処理を実行した後、前記燃料電池の発電を実行して前記燃料電池の含水量を増加させ、
その後、前記燃料電池の発電を停止させる、
燃料電池システム。 It ’s a fuel cell system,
A fuel cell with multiple cells and
A control unit that controls the power generation of the fuel cell,
An air compressor that supplies air to the fuel cell,
With
When the control unit stops the power generation of the fuel cell,
A sweeping process is performed to drive the air compressor to discharge the water from the fuel cell.
After executing the scavenging process, power generation of the fuel cell is executed to increase the water content of the fuel cell.
After that, the power generation of the fuel cell is stopped.
Fuel cell system.
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