JP2020205208A - Fuel cell system - Google Patents

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anode gas
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anode
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啓太郎 山森
Keitaro Yamamori
啓太郎 山森
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

To provide a technique capable of suppressing the number of occurrences of abnormal voltage, without increasing hydrogen supply amount excessively.SOLUTION: A fuel cell system includes a fuel cell stack for generating electricity by receiving supply of anode gas and cathode gas, an anode gas supply part for supplying anode gas to the fuel cell stack, a voltage measurement unit for measuring the output voltage of the fuel cell stack, an abnormal voltage detector for detecting occurrence of abnormal voltage in the fuel cell stack during stoppage of the fuel cell system, and a control section for stopping the fuel cell system when an abnormal voltage is detected during previous stoppage of the fuel cell system, by controlling the anode gas supply part so that the supply amount of anode gas exceeds that during previous stoppage of the fuel cell system.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.

燃料電池システムにおいて、例えば、特許文献1に記載されているように、システム停止の状態において異常電圧が発生することを抑制するために、システムを停止する場合に、予め定められた量の水素を供給する技術が知られている。 In a fuel cell system, for example, as described in Patent Document 1, a predetermined amount of hydrogen is applied when the system is stopped in order to suppress the generation of an abnormal voltage when the system is stopped. The technology to supply is known.

特開2019−29350号公報JP-A-2019-29350

上記のような技術において、発電停止時における水素分圧が、想定される最低の水素分圧であると想定して供給する水素量を定める場合、必要以上に水素を供給するおそれがあり、燃費の低下に繋がる可能性があるという問題を本願発明者らは、見出した。また、本願発明者らは、燃費を低下させないため、燃料電池システムの停止時に毎回定量の水素を供給することを検討したものの、燃料電池システムの利用態様によっては異常電圧の発生頻度が高くなる可能性があるという問題を見出した。 In the above technology, if the hydrogen partial pressure at the time of power generation stoppage is assumed to be the lowest expected hydrogen partial pressure and the amount of hydrogen to be supplied is determined, there is a risk of supplying more hydrogen than necessary, resulting in fuel efficiency. The inventors of the present application have found a problem that it may lead to a decrease in hydrogen. Further, although the inventors of the present application have considered supplying a fixed amount of hydrogen each time the fuel cell system is stopped in order not to reduce fuel consumption, the frequency of occurrence of abnormal voltage may increase depending on the usage mode of the fuel cell system. I found the problem of having sex.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.

本発明の一形態によれば、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、アノードガスとカソードガスとの供給を受けて発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記アノードガスを供給するアノードガス供給部と、前記燃料電池スタックの出力電圧を測定する電圧測定部と、前記燃料電池システムの停止中において前記燃料電池スタックにおける異常電圧の発生の有無の検出をする異常電圧検出部と、前回の前記燃料電池システムの前回の停止中に異常電圧が検出された場合に、前記アノードガスの供給量を前回の前記燃料電池システムの停止時における前記アノードガスの供給量よりも多くするよう前記アノードガス供給部を制御して、前記燃料電池システムを停止させる制御部と、を備える。この形態の燃料電池システムによれば、前回の燃料電池システムの停止中において異常電圧が検出された場合に、今回の燃料電池システムの停止時におけるアノードガスの供給量を、前回のシステム停止時におけるアノードガスの供給量よりも多く設定するめ、過度に水素供給量を増加することなく、異常電圧の発生回数を抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, a fuel cell system is provided. This fuel cell system supplies a fuel cell stack that generates power by receiving supply of an anode gas and a cathode gas, an anode gas supply unit that supplies the anode gas to the fuel cell stack, and an output voltage of the fuel cell stack. An abnormal voltage measuring unit for measuring, an abnormal voltage detecting unit for detecting the presence or absence of an abnormal voltage in the fuel cell stack while the fuel cell system is stopped, and an abnormal voltage during the previous stopping of the fuel cell system. When is detected, the fuel cell system is controlled by controlling the anode gas supply unit so that the supply amount of the anode gas is larger than the supply amount of the anode gas at the time when the fuel cell system was stopped last time. It is provided with a control unit for stopping. According to this form of fuel cell system, when an abnormal voltage is detected during the previous shutdown of the fuel cell system, the amount of anode gas supplied when the fuel cell system is stopped this time is set to the amount of anode gas supplied when the system was stopped last time. Since it is set to be larger than the supply amount of the anode gas, the number of occurrences of abnormal voltage can be suppressed without excessively increasing the hydrogen supply amount.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを備える発電装置、燃料電池システムを備える車両、燃料電池システムの制御方法等の態様で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms, for example, a power generation device including a fuel cell system, a vehicle equipped with a fuel cell system, a control method of the fuel cell system, and the like. Is.

燃料電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the fuel cell system. 異常電圧検出処理の手順の一例を表すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of abnormal voltage detection processing. 停止処理の手順の一例を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of stop processing.

A.第1実施形態:
図1は、本発明の一実施形態における燃料電池システム100の概略構成を示す図である。燃料電池システム100は、燃料電池スタック10と、制御部20と、カソードガス供給部30と、アノードガス供給部50と、を備える。また、燃料電池システム100は、DC/DCコンバータ80と、パワーコントロールユニット(以下、「PCU81」という)81と、負荷82と、電圧測定部83と、電流計84を備える。本実施形態の燃料電池システム100は、例えば、燃料電池車両に搭載される。
A. First Embodiment:
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10, a control unit 20, a cathode gas supply unit 30, and an anode gas supply unit 50. Further, the fuel cell system 100 includes a DC / DC converter 80, a power control unit (hereinafter referred to as “PCU81”) 81, a load 82, a voltage measuring unit 83, and an ammeter 84. The fuel cell system 100 of the present embodiment is mounted on, for example, a fuel cell vehicle.

燃料電池スタック10は、反応ガスとしてアノードガス(例えば、水素ガス)とカソードガス(例えば、空気)との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック10は、複数の単セル11が積層されて構成されている。各単セル11は、電解質膜(図示せず)の両面にアノード(図示せず)とカソード(図示せず)とを配置した膜電極接合体(図示せず)と、膜電極接合体を挟持する1組のセパレータ(図示せず)とを有する。 The fuel cell stack 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by being supplied with an anode gas (for example, hydrogen gas) and a cathode gas (for example, air) as reaction gases. The fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of single cells 11. Each single cell 11 sandwiches a membrane electrode assembly (not shown) in which an anode (not shown) and a cathode (not shown) are arranged on both sides of an electrolyte membrane (not shown) and a membrane electrode assembly. It has a set of separators (not shown).

制御部20は、CPUとメモリと、後述する各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。CPUは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、後述するアノードガス分圧が目標分圧になるよう、燃料電池システム100による発電の制御を行う。制御部20は、ECU(Electronic Control Unit)21の指示に応じて、燃料電池スタック10内の各機器の起動および停止を制御するための信号を出力する。制御部20は、異常電圧検出部22を備える。異常電圧検出部22は、燃料電池システム100の停止中における燃料電池スタック10の異常電圧の発生の有無を検出する。より具体的には、後述する電圧測定部83が検出した燃料電池スタック10の出力電圧が予め定められた閾値以上に上昇した場合に、異常電圧が発生したと判断する。閾値は、例えば、1.5Vである。なお、制御部20は、これらの制御の一部又は全部をハードウェア回路で実現してもよい。 The control unit 20 is configured as a computer including a CPU, a memory, and an interface circuit to which each component described later is connected. By executing the control program stored in the memory, the CPU controls the power generation by the fuel cell system 100 so that the anode gas partial pressure, which will be described later, becomes the target partial pressure. The control unit 20 outputs a signal for controlling the start and stop of each device in the fuel cell stack 10 in response to an instruction from the ECU (Electronic Control Unit) 21. The control unit 20 includes an abnormal voltage detection unit 22. The abnormal voltage detection unit 22 detects whether or not an abnormal voltage is generated in the fuel cell stack 10 while the fuel cell system 100 is stopped. More specifically, when the output voltage of the fuel cell stack 10 detected by the voltage measuring unit 83, which will be described later, rises above a predetermined threshold value, it is determined that an abnormal voltage has occurred. The threshold is, for example, 1.5V. The control unit 20 may realize a part or all of these controls by a hardware circuit.

ECU21は、燃料電池システム100を含む装置全体(例えば、車両)の制御を行う制御部である。例えば、燃料電池車両では、アクセルペダルの踏込量やブレーキペダルなどの踏込量、車速等の複数の入力値に応じてECU21が車両の制御を実行する。なお、ECU21は、制御部20の機能の一部に含まれていてもよい。 The ECU 21 is a control unit that controls the entire device (for example, a vehicle) including the fuel cell system 100. For example, in a fuel cell vehicle, the ECU 21 controls the vehicle according to a plurality of input values such as the amount of depression of the accelerator pedal, the amount of depression of the brake pedal, and the vehicle speed. The ECU 21 may be included as a part of the function of the control unit 20.

カソードガス供給部30は、カソードガス配管31と、エアフローメータ32と、コンプレッサ33と、第1開閉弁34と、カソードオフガス配管41と、第1レギュレータ42と、を備える。カソードガス配管31は、燃料電池スタック10に接続され、外部から取り込んだ空気を燃料電池スタック10に供給する。 The cathode gas supply unit 30 includes a cathode gas pipe 31, an air flow meter 32, a compressor 33, a first on-off valve 34, a cathode off gas pipe 41, and a first regulator 42. The cathode gas pipe 31 is connected to the fuel cell stack 10 and supplies air taken in from the outside to the fuel cell stack 10.

エアフローメータ32は、カソードガス配管31に設けられており、取り込んだ空気の流量を測定する。コンプレッサ33は、制御部20からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、カソードガスとして燃料電池スタック10に供給する。第1開閉弁34は、コンプレッサ33と燃料電池スタック10との間に設けられている。カソード圧力計35は、燃料電池スタック10のカソードガス入口の圧力(以下「カソードガス圧力」という)を測定し、制御部20に送信する。 The air flow meter 32 is provided in the cathode gas pipe 31 and measures the flow rate of the taken-in air. The compressor 33 compresses the air taken in from the outside in response to the control signal from the control unit 20, and supplies the air as the cathode gas to the fuel cell stack 10. The first on-off valve 34 is provided between the compressor 33 and the fuel cell stack 10. The cathode pressure gauge 35 measures the pressure at the cathode gas inlet of the fuel cell stack 10 (hereinafter referred to as “cathode gas pressure”) and transmits it to the control unit 20.

カソードオフガス配管41は、燃料電池スタック10から排出されたカソードオフガスを燃料電池システム100の外部へと排出する。第1レギュレータ42は、制御部20からの制御信号に応じて、燃料電池スタック10のカソードガス出口の圧力を調整する。 The cathode off gas pipe 41 discharges the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside of the fuel cell system 100. The first regulator 42 adjusts the pressure at the cathode gas outlet of the fuel cell stack 10 in response to the control signal from the control unit 20.

アノードガス供給部50は、アノードガス配管51と、アノードガスタンク52と、第2開閉弁53と、第2レギュレータ54と、インジェクタ55と、アノード圧力計56と、アノードオフガス配管61と、気液分離器62と、排気排水弁63と、循環配管64と、アノードガスポンプ65と、を備える。以下では、アノードガス配管51のインジェクタ55よりも下流側と、燃料電池スタック10内のアノードガスの流路と、アノードオフガス配管61と、気液分離器62と、循環配管64と、アノードガスポンプ65と、で構成される流路のことを、循環流路66ともいう。循環流路66は、燃料電池スタック10のアノードオフガスを燃料電池スタック10に循環させるための流路である。 The anode gas supply unit 50 includes an anode gas pipe 51, an anode gas tank 52, a second on-off valve 53, a second regulator 54, an injector 55, an anode pressure gauge 56, an anode off-gas pipe 61, and gas-liquid separation. The vessel 62, the exhaust / drain valve 63, the circulation pipe 64, and the anode gas pump 65 are provided. Below, the side downstream of the injector 55 of the anode gas pipe 51, the flow path of the anode gas in the fuel cell stack 10, the anode off-gas pipe 61, the gas-liquid separator 62, the circulation pipe 64, and the anode gas pump 65. The flow path composed of the above is also referred to as a circulation flow path 66. The circulation flow path 66 is a flow path for circulating the anode off gas of the fuel cell stack 10 to the fuel cell stack 10.

アノードガスタンク52は、アノードガス配管51を介して燃料電池スタック10のアノードガス入口と接続されており、アノードガスを燃料電池スタック10に供給する。第2開閉弁53、第2レギュレータ54、インジェクタ55、およびアノード圧力計56は、アノードガス配管51に、この順序で上流側、つまりアノードガスタンク52に近い側から設けられている。 The anode gas tank 52 is connected to the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 via the anode gas pipe 51, and supplies the anode gas to the fuel cell stack 10. The second on-off valve 53, the second regulator 54, the injector 55, and the anode pressure gauge 56 are provided in the anode gas pipe 51 in this order from the upstream side, that is, the side closer to the anode gas tank 52.

第2開閉弁53は、制御部20からの制御信号に応じて開閉する。燃料電池システム100の停止時には第2開閉弁53は閉じられる。第2レギュレータ54は、制御部20からの制御信号に応じて、インジェクタ55の上流側におけるアノードガス圧力を調整する。インジェクタ55は、制御部20によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部20は、インジェクタ55の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池スタック10に供給されるアノードガスの流量を制御する。アノード圧力計56は、燃料電池スタック10のアノードガス入口の圧力を測定し、制御部20に送信する。なお、アノード圧力計56を燃料電池スタック10のアノードガス出口側に設けてもよい。その場合、上述したカソード圧力計35も燃料電池スタック10のカソードガス出口側に設けることが好ましい。これらいずれの場合も、アノード圧力計56で測定される圧力を「アノードガス圧力」と呼ぶことができる。 The second on-off valve 53 opens and closes in response to a control signal from the control unit 20. When the fuel cell system 100 is stopped, the second on-off valve 53 is closed. The second regulator 54 adjusts the anode gas pressure on the upstream side of the injector 55 in response to the control signal from the control unit 20. The injector 55 is an electromagnetically driven on-off valve in which the valve body is electromagnetically driven according to the drive cycle and valve opening time set by the control unit 20. The control unit 20 controls the flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack 10 by controlling the drive cycle and valve opening time of the injector 55. The anode pressure gauge 56 measures the pressure at the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 and transmits it to the control unit 20. The anode pressure gauge 56 may be provided on the anode gas outlet side of the fuel cell stack 10. In that case, it is preferable that the cathode pressure gauge 35 described above is also provided on the cathode gas outlet side of the fuel cell stack 10. In any of these cases, the pressure measured by the anode pressure gauge 56 can be referred to as "anode gas pressure".

アノードオフガス配管61は、燃料電池スタック10のアノードガス出口と気液分離器62とを接続する配管である。アノードオフガス配管61は、発電反応に用いられることのなかった水素ガスや窒素ガスなどを含むアノードオフガスを気液分離器62へと誘導する。 The anode off-gas pipe 61 is a pipe that connects the anode gas outlet of the fuel cell stack 10 and the gas-liquid separator 62. The anode off-gas pipe 61 guides the anode-off gas containing hydrogen gas, nitrogen gas, etc., which has not been used in the power generation reaction, to the gas-liquid separator 62.

気液分離器62は、循環流路66のアノードオフガス配管61と循環配管64との間に接続されている。気液分離器62は、循環流路66内のアノードオフガスから不純物としての水を分離して貯水する。 The gas-liquid separator 62 is connected between the anode off-gas pipe 61 of the circulation flow path 66 and the circulation pipe 64. The gas-liquid separator 62 separates water as an impurity from the anode-off gas in the circulation flow path 66 and stores it.

排気排水弁63は、気液分離器62の下部に設けられている。排気排水弁63は、気液分離器62に貯水された水の排水と、気液分離器62内の不要なガス(主に窒素ガス)の排気と、を行う。燃料電池システム100の運転中は、通常、排気排水弁63は閉じられており、制御部20からの制御信号に応じて開閉する。本実施形態では、排気排水弁63は、カソードオフガス配管41に接続されており、排気排水弁63によって排出された水および不要なガスは、カソードオフガス配管41を通じて外部へ排出される。 The exhaust drain valve 63 is provided in the lower part of the gas-liquid separator 62. The exhaust / drain valve 63 drains the water stored in the gas-liquid separator 62 and exhausts unnecessary gas (mainly nitrogen gas) in the gas-liquid separator 62. During the operation of the fuel cell system 100, the exhaust / drain valve 63 is normally closed and opens / closes in response to a control signal from the control unit 20. In the present embodiment, the exhaust drain valve 63 is connected to the cathode off gas pipe 41, and the water discharged by the exhaust drain valve 63 and unnecessary gas are discharged to the outside through the cathode off gas pipe 41.

循環配管64は、アノードガス配管51のうちのインジェクタ55より下流の部分に接続されている。循環配管64には、制御部20からの制御信号に応じて駆動されるアノードガスポンプ65が設けられている。気液分離器62によって水が分離されたアノードオフガスが、アノードガスポンプ65によって、アノードガス配管51へと送り出される。この燃料電池システム100では、水素を含むアノードオフガスを循環させて、再び燃料電池スタック10に供給することにより、アノードガスの利用効率を向上させている。 The circulation pipe 64 is connected to a portion of the anode gas pipe 51 downstream of the injector 55. The circulation pipe 64 is provided with an anode gas pump 65 that is driven in response to a control signal from the control unit 20. The anode off gas from which water has been separated by the gas-liquid separator 62 is sent out to the anode gas pipe 51 by the anode gas pump 65. In the fuel cell system 100, the anode off gas containing hydrogen is circulated and supplied to the fuel cell stack 10 again to improve the utilization efficiency of the anode gas.

DC/DCコンバータ80は、燃料電池スタック10の出力電圧を昇圧してPCU81に供給する。PCU81は、インバータを内蔵し、制御部20の制御に応じてインバータを介して負荷82に電力を供給する。また、PCU81は、制御部20の制御により燃料電池スタック10の電流を制限する。 The DC / DC converter 80 boosts the output voltage of the fuel cell stack 10 and supplies it to the PCU 81. The PCU 81 has a built-in inverter, and supplies electric power to the load 82 via the inverter according to the control of the control unit 20. Further, the PCU 81 limits the current of the fuel cell stack 10 under the control of the control unit 20.

電圧測定部83は、燃料電池スタック10の出力電圧を測定する。電圧測定部83は、測定した出力電圧を異常電圧検出部22に送信する。本実施形態において電圧測定部83は、単セル11の出力電圧の合計を燃料電池スタック10の出力電圧として異常電圧検出部22に送信する。電流計84は、燃料電池スタック10の出力電流値を測定する。 The voltage measuring unit 83 measures the output voltage of the fuel cell stack 10. The voltage measuring unit 83 transmits the measured output voltage to the abnormal voltage detecting unit 22. In the present embodiment, the voltage measuring unit 83 transmits the total of the output voltages of the single cells 11 to the abnormal voltage detecting unit 22 as the output voltage of the fuel cell stack 10. The ammeter 84 measures the output current value of the fuel cell stack 10.

燃料電池スタック10の電力は、PCU81を含む電源回路を介して、車輪(図示せず)を駆動するためのトラクションモータ(図示せず)等の負荷82や、上述したコンプレッサ33、アノードガスポンプ65および各種弁に、供給される。 The electric power of the fuel cell stack 10 is supplied to a load 82 such as a traction motor (not shown) for driving wheels (not shown) via a power supply circuit including a PCU 81, a compressor 33 described above, an anode gas pump 65, and the like. It is supplied to various valves.

図2は、本実施形態における、異常電圧検出処理の手順の一例を表すフローチャートである。異常電圧検出部22は、燃料電池システム100の停止中にこの処理を繰り返し実行する。まず、異常電圧検出部22は、ステップS100において、異常電圧が検出されたか否かを判定する。より具体的には、異常電圧検出部22は、電圧測定部83から取得した燃料電池スタック10の出力電圧が予め定めた閾値以上に上昇したか否かを判定する。異常電圧が検出された場合、異常電圧検出部22は、ステップS110に進み、異常電圧フラグをONにして、そのフラグの値をメモリに不揮発的に記録し、異常電圧検出処理を終了する。一方、異常電圧が検出されない場合、異常電圧検出部22は、異常電圧検出処理を終了する。なお、異常電圧フラグは、燃料電池システム100が停止される毎にOFFへリセットされる。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of the procedure of the abnormal voltage detection process in the present embodiment. The abnormal voltage detection unit 22 repeatedly executes this process while the fuel cell system 100 is stopped. First, the abnormal voltage detection unit 22 determines in step S100 whether or not an abnormal voltage has been detected. More specifically, the abnormal voltage detection unit 22 determines whether or not the output voltage of the fuel cell stack 10 acquired from the voltage measurement unit 83 has risen above a predetermined threshold value. When the abnormal voltage is detected, the abnormal voltage detection unit 22 proceeds to step S110, turns on the abnormal voltage flag, non-volatilely records the value of the flag in the memory, and ends the abnormal voltage detection process. On the other hand, when the abnormal voltage is not detected, the abnormal voltage detection unit 22 ends the abnormal voltage detection process. The abnormal voltage flag is reset to OFF every time the fuel cell system 100 is stopped.

「異常電圧」とは、通常の発電状況下よりカソード電位が上昇し、カソードの劣化(すなわち、カーボンの腐食)が進行するレベルまで高くなった電極電圧を言う。異常電圧が発生する原因の1つは、燃料電池のアノードにおいて、燃料電池システム100が長期間放置されることにより、カソードからアノードへ酸素が透過して起こる局所的な水素欠乏と考えられている。 The "abnormal voltage" refers to an electrode voltage in which the cathode potential rises from under normal power generation conditions and the cathode voltage rises to a level at which deterioration of the cathode (that is, corrosion of carbon) progresses. It is considered that one of the causes of the abnormal voltage is a local hydrogen deficiency caused by oxygen permeating from the cathode to the anode when the fuel cell system 100 is left for a long time at the anode of the fuel cell. ..

図3は、本実施形態における、停止処理の手順の一例を表わすフローチャートである。制御部20は、燃料電池システム100を停止する場合に、この処理を開始する。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of the stop processing procedure in the present embodiment. The control unit 20 starts this process when the fuel cell system 100 is stopped.

まず、制御部20は、ステップS200において、アノードガス分圧を推定する。本実施形態において、制御部20は、アノードガス圧力とアノードガス以外の気体の分圧との関係が予め定義されたマップや関数に基づき、アノードガス分圧を推定する。「アノードガス以外の気体」とは、例えば、カソードから透過した窒素や酸素、水蒸気等である。アノード分圧は、アノード圧力計56を用いて測定した現在のアノードガス圧力から、マップや関数を用いて求めたアノードガス以外の気体の分圧を差し引いた値である。なお、アノードガス分圧が推定できない場合は、アノードガス分圧として、予め定められた定数を用いてもよい。アノードガス分圧の推定については、例えば、特許文献1に記載されている。 First, the control unit 20 estimates the anode gas partial pressure in step S200. In the present embodiment, the control unit 20 estimates the anode gas partial pressure based on a map or function in which the relationship between the anode gas pressure and the partial pressure of a gas other than the anode gas is defined in advance. The "gas other than the anode gas" is, for example, nitrogen, oxygen, water vapor, etc. that have permeated through the cathode. The anode partial pressure is a value obtained by subtracting the partial pressure of a gas other than the anode gas obtained by using a map or a function from the current anode gas pressure measured by using the anode pressure gauge 56. If the anode gas partial pressure cannot be estimated, a predetermined constant may be used as the anode gas partial pressure. The estimation of the partial pressure of the anode gas is described in, for example, Patent Document 1.

次に、制御部20は、ステップS210で、異常電圧フラグがONか否かを判定する。つまり、燃料電池システム100の前回停止中に異常電圧が検出されたか否かを判定する。「前回停止中」とは、今回の停止処理を開始する以前に燃料電池システム100を停止した直近の停止中のことである。異常電圧フラグがONの場合、つまり、前回停止中において異常電圧が検出された場合、制御部20は、ステップS220において、アノードガス分圧の目標値を増加させる。より具体的には、制御部20は、アノードガス分圧の目標値を前回の停止制御における目標値よりも大きいアノードガス分圧の値に設定する。本実施形態において、制御部20は、目標値を、前回の停止制御における目標値を予め定められた値(例えば、10kPa)、増加させた値に設定する。目標値を初めて増加させる場合、標準目標値を予め定められた値、増加させた値に設定する。「標準目標値」とは、予め定めた期間の燃料電池システム100の停止中に異常電圧が発生しないアノードガス分圧の値であり、予めシミュレーションや実験を行うことにより定めることができる。一方、異常電圧フラグがOFFの場合、つまり、前回停止中において異常電圧が検出されなかった場合、制御部20はステップS230の処理に進む。 Next, in step S210, the control unit 20 determines whether or not the abnormal voltage flag is ON. That is, it is determined whether or not an abnormal voltage is detected during the previous stop of the fuel cell system 100. The "previous stop" means that the fuel cell system 100 has been stopped immediately before the start of the current stop process. When the abnormal voltage flag is ON, that is, when an abnormal voltage is detected during the previous stop, the control unit 20 increases the target value of the anode gas partial pressure in step S220. More specifically, the control unit 20 sets the target value of the anode gas partial pressure to a value of the anode gas partial pressure larger than the target value in the previous stop control. In the present embodiment, the control unit 20 sets the target value to a value obtained by increasing the target value in the previous stop control by a predetermined value (for example, 10 kPa). When increasing the target value for the first time, set the standard target value to a predetermined value or an increased value. The "standard target value" is a value of the anode gas partial pressure at which an abnormal voltage is not generated while the fuel cell system 100 is stopped for a predetermined period, and can be determined by performing a simulation or an experiment in advance. On the other hand, when the abnormal voltage flag is OFF, that is, when the abnormal voltage is not detected during the previous stop, the control unit 20 proceeds to the process of step S230.

続いて、制御部20は、ステップS230において、ステップS200で推定したアノードガス分圧が、予め定められた目標値よりも大きいか否かを判定する。予め定められた目標値とは、ステップS220で増加させた目標値または標準目標値の事である。アノードガス分圧が目標値以下の場合、制御部20は、ステップS240において、アノードガス分圧が目標値になるようアノードガス供給部50を制御してアノードガスを供給し、ステップS250の処理に進む。制御部20は、目標値が大きいほど、多くのアノードガスを供給するようアノードガス供給部50を制御する。一方、アノードガス分圧が目標値よりも大きい場合、水素を供給せず、ステップS250の処理に進む。 Subsequently, in step S230, the control unit 20 determines whether or not the anode gas partial pressure estimated in step S200 is larger than a predetermined target value. The predetermined target value is the target value or the standard target value increased in step S220. When the anode gas partial pressure is equal to or less than the target value, the control unit 20 controls the anode gas supply unit 50 so that the anode gas partial pressure becomes the target value in step S240 to supply the anode gas, and performs the process of step S250. move on. The control unit 20 controls the anode gas supply unit 50 so that the larger the target value, the more anode gas is supplied. On the other hand, when the partial pressure of the anode gas is larger than the target value, hydrogen is not supplied and the process proceeds to step S250.

最後に、制御部20は、ステップS250において燃料電池システム100の停止制御を行う。制御部20は、例えば、カソードガスの供給の停止や、カソードガス配管31の封止、アノードガス配管51の封止等の制御を行う。 Finally, the control unit 20 controls the stop of the fuel cell system 100 in step S250. The control unit 20 controls, for example, stopping the supply of the cathode gas, sealing the cathode gas pipe 31, sealing the anode gas pipe 51, and the like.

以上で説明した本実施形態の燃料電池システム100によれば、制御部20は、前回の燃料電池システム100の停止中において異常電圧が検出された場合に、アノードガスの供給量を、前回のシステム停止時におけるアノードガスの供給量よりも多く設定する。そのため、燃料電池システム100の利用態様、具体的には、燃料電池システム100の放置期間の長短に応じてアノードガスの供給量を設定できる。この結果、異常電圧の発生回数を抑制できる。また、制御部20は、前回の燃料電池システム100の停止中において異常電圧が検出されなかった場合には、アノードガス供給量を定量に設定するため、必要以上に水素を供給することを抑制できる。従って、本実施形態によれば、過度に水素供給量を増加することなく、異常電圧の発生回数を抑制できる。 According to the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, the control unit 20 determines the supply amount of the anode gas when an abnormal voltage is detected while the fuel cell system 100 is stopped last time. Set more than the amount of anode gas supplied when stopped. Therefore, the supply amount of the anode gas can be set according to the usage mode of the fuel cell system 100, specifically, the length of the leaving period of the fuel cell system 100. As a result, the number of occurrences of abnormal voltage can be suppressed. Further, when the abnormal voltage is not detected during the previous shutdown of the fuel cell system 100, the control unit 20 sets the anodic gas supply amount to a fixed amount, so that it is possible to suppress the supply of hydrogen more than necessary. .. Therefore, according to the present embodiment, the number of occurrences of abnormal voltage can be suppressed without excessively increasing the hydrogen supply amount.

B.他の実施形態:
上述した実施形態において、制御部20は、停止処理において、アノードガス分圧に応じてアノードガスを供給している。この代わりに、制御部20は、燃料電池スタック10におけるアノードガスの残量に応じて、アノードガスを供給してもよい。この場合、目標値は、アノードガスの残量である。制御部20は、ステップS240において、アノードガスの残量が目標値となるようアノードガスを供給できる。アノードガスの残量は、アノードガス分圧から推定できる。また、アノードガスタンク52から供給したアノードガスの量から、燃料電池スタック10の発電量を用いて推定した消費したアノードガスの量を差し引いて求めることができる。
B. Other embodiments:
In the above-described embodiment, the control unit 20 supplies the anode gas according to the partial pressure of the anode gas in the stop processing. Instead, the control unit 20 may supply the anode gas according to the remaining amount of the anode gas in the fuel cell stack 10. In this case, the target value is the remaining amount of anode gas. In step S240, the control unit 20 can supply the anode gas so that the remaining amount of the anode gas becomes the target value. The remaining amount of the anode gas can be estimated from the partial pressure of the anode gas. Further, it can be obtained by subtracting the amount of the consumed anode gas estimated by using the amount of power generated by the fuel cell stack 10 from the amount of the anode gas supplied from the anode gas tank 52.

本発明は、上述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中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、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 can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the column of the outline of the invention are for solving the above-mentioned problems or for achieving a part or all of the above-mentioned effects. In addition, 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…燃料電池スタック、11…単セル、20…制御部、21…ECU、22…異常電圧検出部、30…カソードガス供給部、31…カソードガス配管、32…エアフローメータ、33…コンプレッサ、34…第1開閉弁、35…カソード圧力計、41…カソードオフガス配管、42…第1レギュレータ、50…アノードガス供給部、51…アノードガス配管、52…アノードガスタンク、53…第2開閉弁、54…第2レギュレータ、55…インジェクタ、56…アノード圧力計、61…アノードオフガス配管、62…気液分離器、63…排気排水弁、64…循環配管、65…アノードガスポンプ、66…循環流路、80…DC/DCコンバータ、81…PCU、82…負荷、83…電圧測定部、84…電流計、100…燃料電池システム 10 ... Fuel cell stack, 11 ... Single cell, 20 ... Control unit, 21 ... ECU, 22 ... Abnormal voltage detection unit, 30 ... Cathode gas supply unit, 31 ... Cathode gas piping, 32 ... Air flow meter, 33 ... Compressor, 34 ... 1st on-off valve, 35 ... Cathode pressure gauge, 41 ... Cathode off gas piping, 42 ... 1st regulator, 50 ... Anode gas supply unit, 51 ... Anode gas piping, 52 ... Anode gas tank, 53 ... 2nd on-off valve, 54 ... 2nd regulator, 55 ... Injector, 56 ... Anode pressure gauge, 61 ... Anode off gas pipe, 62 ... Gas-liquid separator, 63 ... Exhaust drain valve, 64 ... Circulation pipe, 65 ... Anode gas pump, 66 ... Circulation flow path, 80 ... DC / DC converter, 81 ... PCU, 82 ... load, 83 ... voltage measuring unit, 84 ... anode, 100 ... fuel cell system

Claims (1)

燃料電池システムであって、
アノードガスとカソードガスとの供給を受けて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに前記アノードガスを供給するアノードガス供給部と、
前記燃料電池スタックの出力電圧を測定する電圧測定部と、
前記燃料電池システムの停止中において前記燃料電池スタックにおける異常電圧の発生の有無の検出をする異常電圧検出部と、
前記燃料電池システムの前回の停止中に異常電圧が検出された場合に、前記アノードガスの供給量を前回の前記燃料電池システムの停止時における前記アノードガスの供給量よりも多くするよう前記アノードガス供給部を制御して、前記燃料電池システムを停止させる制御部と、を備える、燃料電池システム。
It ’s a fuel cell system,
A fuel cell stack that generates electricity by receiving the supply of anode gas and cathode gas,
An anode gas supply unit that supplies the anode gas to the fuel cell stack,
A voltage measuring unit that measures the output voltage of the fuel cell stack,
An abnormal voltage detection unit that detects the presence or absence of an abnormal voltage in the fuel cell stack while the fuel cell system is stopped.
When an abnormal voltage is detected during the previous shutdown of the fuel cell system, the anode gas is supplied so as to be larger than the supply amount of the anode gas at the time of the previous shutdown of the fuel cell system. A fuel cell system including a control unit that controls a supply unit and stops the fuel cell system.
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