JP2021150005A - Fuel battery system - Google Patents

Fuel battery system Download PDF

Info

Publication number
JP2021150005A
JP2021150005A JP2020044866A JP2020044866A JP2021150005A JP 2021150005 A JP2021150005 A JP 2021150005A JP 2020044866 A JP2020044866 A JP 2020044866A JP 2020044866 A JP2020044866 A JP 2020044866A JP 2021150005 A JP2021150005 A JP 2021150005A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
recovery
cells
requiring
recovery processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020044866A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7401849B2 (en
Inventor
佳紀 水下
Yoshinori Mizushita
佳紀 水下
力 竹井
Riki Takei
力 竹井
哲也 渡邊
Tetsuya Watanabe
哲也 渡邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Motors Corp filed Critical Mitsubishi Motors Corp
Priority to JP2020044866A priority Critical patent/JP7401849B2/en
Publication of JP2021150005A publication Critical patent/JP2021150005A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7401849B2 publication Critical patent/JP7401849B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

To provide a fuel battery system capable of suppressing deterioration of a traveling performance of a vehicle while executing characteristic recovery processing.SOLUTION: A fuel battery system (13) having a fuel battery (21) including a plurality of cells generating power by using a fuel, comprises: operation devices (50D, 60D, and 65D) making at least one cell of a plurality of cells operate; recovery processing devices (50C, 60C, and 65D) executing recovery processing for recovering a poisoning state to a normal state on at least one cell of the plurality of cells; a recovery necessary cell selection part (81) selecting a recovery necessary cell (Cc) requiring an execution of the recovery processing from the plurality of cells; an operation cell selection part (82) selecting an operation cell (Cd) as at least one cell of the cells other than the recovery necessary cell of the plurality of cells; a recovery processing control part (86) executing the recovery processing on the recovery necessary cell by controlling each recovery processing device; and an operation control part (85) operating the operation cell by controlling each operation device.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は燃料電池システムに係り、特に被毒したセルの特性を回復させる技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and particularly relates to a technique for recovering the characteristics of a poisoned cell.

所謂燃料電池自動車(以下、FCV(Fuel Cell Vehicle)ともいう)は、水素タンクに貯留した水素とFCVの外部から取り込んだ空気中に含まれる酸素を用いて、燃料電池内の電極触媒の発電反応により走行する。この燃料電池には、空気の反応が起こる空気極及び水素の反応が起こる水素極を有している。また、いずれの電極も、電極触媒として主にPtが用いられている。そのため、空気極では取り込んだ空気中に含有される硫黄不純物により、水素極では燃料とする水素ガス製造時に混入される硫黄不純物またはFCの部材の分解により発生する硫黄不純物により被毒する虞がある。 A so-called fuel cell vehicle (hereinafter, also referred to as FCV (Fuel Cell Vehicle)) uses hydrogen stored in a hydrogen tank and oxygen contained in the air taken in from the outside of the FCV to generate a power generation reaction of an electrode catalyst in the fuel cell. Drive by. This fuel cell has an air electrode in which an air reaction occurs and a hydrogen electrode in which a hydrogen reaction occurs. Further, in each of the electrodes, Pt is mainly used as an electrode catalyst. Therefore, there is a risk of being poisoned by sulfur impurities contained in the air taken in at the air electrode, and at the hydrogen electrode, due to sulfur impurities mixed in during the production of hydrogen gas as fuel or sulfur impurities generated by decomposition of FC members. ..

このように硫黄不純物によって電極触媒が被毒すると、電極触媒の発電性能が低下するという問題がある。特に、温泉地や交通量の多い交差点付近やトンネル内では、空気中に含有される硫黄不純物の割合が比較的高いため、電極触媒の被毒が顕著である。
そこで、硫黄不純物によって被毒した電極触媒の硫黄を除去する(特性回復処理)方法として、電極触媒を高電位状態(約0.9V)にする事により酸化させて除去する技術が開発されている(特許文献1)。
When the electrode catalyst is poisoned by sulfur impurities in this way, there is a problem that the power generation performance of the electrode catalyst is lowered. In particular, in hot spring areas, near intersections with heavy traffic, and in tunnels, the proportion of sulfur impurities contained in the air is relatively high, so that the electrode catalyst is significantly poisoned.
Therefore, as a method for removing sulfur from the electrode catalyst poisoned by sulfur impurities (characteristic recovery treatment), a technique has been developed in which the electrode catalyst is oxidized and removed by putting it in a high potential state (about 0.9V). (Patent Document 1).

特開2010−40426号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-40426

しかしながら、上記特許文献1に開示される技術では、電極触媒を高電位状態にするために燃料電池の出力を停止する必要がある。すなわち、燃料電池の出力を停止するとFCVの駆動力等の出力が大きく低下するため、FCVが走行中である場合には、被毒した電極触媒の硫黄を除去できないという問題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特性回復処理を実行しつつ車両の走行性能の低下を抑制できる燃料電池システムを提供することにある。
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to stop the output of the fuel cell in order to bring the electrode catalyst into a high potential state. That is, when the output of the fuel cell is stopped, the output such as the driving force of the FCV is greatly reduced, so that there is a problem that the sulfur of the poisoned electrode catalyst cannot be removed when the FCV is running.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing deterioration of running performance of a vehicle while executing characteristic recovery processing.

上記の目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、燃料を用いて発電する複数のセルを含む燃料電池を有する燃料電池システムであって、前記複数のセルのうち少なくともひとつのセルを稼働させる稼働装置と、前記複数のセルのうち少なくともひとつのセルに、被毒状態を正常な状態に回復させる特性回復処理を実行する回復処理装置と、前記複数のセルのうち前記特性回復処理の実行が必要なセルである要回復セルを選択する要回復セル選択部と、前記複数のセルのうち前記要回復セル以外のセルの少なくともひとつのセルである稼働セルを選択する稼働セル選択部と、前記回復処理装置を制御して前記要回復セルに前記特性回復処理を実行する回復処理制御部と、前記稼働装置を制御して前記稼働セルを稼働させる稼働制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fuel cell system of the present invention is a fuel cell system having a fuel cell including a plurality of cells that generate electricity using fuel, and operates at least one of the plurality of cells. An operating device to be operated, a recovery processing device that executes a characteristic recovery process for recovering a poisoned state to a normal state in at least one of the plurality of cells, and an execution of the characteristic recovery process among the plurality of cells. A recovery-requiring cell selection unit that selects a recovery-requiring cell that is a required cell, and an operating cell selection unit that selects an operating cell that is at least one cell other than the recovery-requiring cell among the plurality of cells. It is characterized by including a recovery processing control unit that controls the recovery processing device and executes the characteristic recovery process on the recovery-required cell, and an operation control unit that controls the operating device to operate the operating cell. do.

これにより、燃料電池の複数のセルのうち、要回復セル選択部により設定した要回復セルに特性回復処理を実行しつつ、稼働セル選択部により設定した稼働セルを稼働することで、燃料電池による発電を停止することなく、要回復セルの被毒状態を回復させることが可能とされる。
その他の態様として、前記複数のセルそれぞれの電圧値を検出する電圧検出部を備え、前記要回復セル選択部は、前記複数のセルのうち前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が所定値以下のセルを前記要回復セルとして選択するのが好ましい。
As a result, among the plurality of cells of the fuel cell, the fuel cell operates the operating cell set by the operating cell selection unit while executing the characteristic recovery processing on the recovery-requiring cell set by the recovery-requiring cell selection unit. It is possible to recover the poisoned state of the recovery-requiring cell without stopping the power generation.
As another embodiment, the voltage detection unit for detecting the voltage value of each of the plurality of cells is provided, and the recovery-required cell selection unit has a predetermined value of the voltage value detected by the voltage detection unit among the plurality of cells. It is preferable to select the following cells as the recovery-requiring cells.

これにより、複数のセルのうち電圧検出部によって検出される電圧値が所定値以下のセルの特性回復処理を実行することで、被毒状態となることで電圧が低下したセルについて特性回復処理を実行可能とされる。
その他の態様として、前記複数のセルそれぞれの前記特性回復処理を最後にした時を記憶する記憶部を備え、前記要回復セル選択部は、前記複数のセルのうち前記記憶部に記憶される前記特性回復処理を最後にした時から一定時間経過したセルを前記要回復セルとして選択するのが好ましい。
As a result, by executing the characteristic recovery processing of the cells whose voltage value detected by the voltage detection unit is equal to or less than the predetermined value among the plurality of cells, the characteristic recovery processing is performed on the cells whose voltage has dropped due to the poisoned state. It is made feasible.
As another aspect, the storage unit for storing the time when the characteristic recovery process of each of the plurality of cells is last is provided, and the recovery-requiring cell selection unit is stored in the storage unit among the plurality of cells. It is preferable to select a cell that has passed a certain period of time since the last characteristic recovery process as the cell requiring recovery.

これにより、複数のセルのうち記憶部に記憶される特性回復処理を最後にした時から一定時間経過したセルの特性回復処理を実行することで、経時的に被毒したセルの被毒を定期的に回復させることが可能とされる。
その他の態様として、前記回復処理制御部は、前記特性回復処理を開始してから所定時間が経過すると該特性回復処理を終了するのが好ましい。
As a result, by executing the characteristic recovery processing of the cells in which a certain period of time has passed since the last characteristic recovery processing stored in the storage unit among the plurality of cells, the poisoned cells over time are periodically poisoned. It is possible to recover.
As another aspect, it is preferable that the recovery processing control unit ends the characteristic recovery processing when a predetermined time elapses from the start of the characteristic recovery processing.

これにより、特性回復処理を開始してから所定時間が経過すると特性回復処理を終了することで、簡単な構成にして特性回復処理の終了時期を設定可能とされる。
その他の態様として、前記複数のセルのそれぞれの電圧値を検出する電圧検出部を備え、前記回復処理制御部は、前記電圧検出部によって検出される前記電圧値に応じて前記所定時間を変更するのが好ましい。
As a result, by ending the characteristic recovery process when a predetermined time elapses from the start of the characteristic recovery process, it is possible to set the end time of the characteristic recovery process with a simple configuration.
As another embodiment, the voltage detection unit for detecting the voltage value of each of the plurality of cells is provided, and the recovery processing control unit changes the predetermined time according to the voltage value detected by the voltage detection unit. Is preferable.

これにより、電圧検出部によって検出される電圧値に応じて回復処理装置による特性回復処理をする時間を変更することで、電圧が低下した度合から被毒の度合を推定し、必要充分な特性回復処理を可能とされる。
その他の態様として、前記稼働セル選択部は、前記要回復セルのうち少なくともひとつのセルを前記稼働セルによって挟むよう該稼働セルを選択するのが好ましい。
As a result, by changing the time for characteristic recovery processing by the recovery processing device according to the voltage value detected by the voltage detection unit, the degree of poisoning can be estimated from the degree of voltage drop, and the necessary and sufficient characteristic recovery. Processing is possible.
As another aspect, it is preferable that the operating cell selection unit selects the operating cell so that at least one of the recovery-requiring cells is sandwiched between the operating cells.

これにより、要回復セルのうち少なくともひとつのセルを稼働セルによって挟むよう該稼働セルを選択することで、例えば稼働セルで発生する熱を利用して要回復セルを温めることや要回復セルで発生する熱を利用して稼働セルを温めることが可能とされる。
その他の態様として、前記燃料電池によって発電される電力を蓄電するバッテリを備え、前記燃料電池システムは、前記バッテリを介して電力を出力するのが好ましい。
As a result, by selecting the operating cell so that at least one of the recovery-requiring cells is sandwiched between the operating cells, for example, the heat generated in the operating cell is used to heat the recovery-requiring cell or the recovery-requiring cell is generated. It is possible to heat the operating cell by using the heat generated.
As another aspect, it is preferable that the fuel cell system includes a battery for storing electric power generated by the fuel cell, and the fuel cell system outputs electric power through the battery.

これにより、燃料電池システムに備えられるバッテリを介して電力を出力することで、特性回復処理を実行することにより、一時的に燃料電池の出力が低下した場合であっても、バッテリに蓄電された電力を出力可能とされる。 As a result, by outputting electric power through the battery provided in the fuel cell system and executing the characteristic recovery process, even if the output of the fuel cell is temporarily reduced, the electric power is stored in the battery. It is possible to output electric power.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の複数のセルのうち、要回復セル選択部により設定した要回復セルに特性回復処理を実行しつつ、稼働セル選択部により設定した稼働セルを稼働したので、燃料電池による発電を停止することなく、要回復セルの被毒状態を回復させることができる。すなわち、特性回復処理を実行しつつ車両の走行性能の低下を抑制できる。 According to the fuel cell system of the present invention, among a plurality of cells of the fuel cell, the operating cell set by the operating cell selection unit is operated while executing the characteristic recovery processing on the recovery-requiring cell set by the recovery-requiring cell selection unit. Therefore, it is possible to recover the poisoned state of the recovery-requiring cell without stopping the power generation by the fuel cell. That is, it is possible to suppress the deterioration of the running performance of the vehicle while executing the characteristic recovery process.

車両の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a vehicle. 燃料電池の構成図である。It is a block diagram of a fuel cell. 本発明に係る燃料電池システムの制御に係るECUの接続構成が示されたブロック図である。It is a block diagram which showed the connection structure of the ECU which concerns on the control of the fuel cell system which concerns on this invention. ECUが実行する、本発明に係る燃料電池システムの制御手順のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine of the control procedure of the fuel cell system which concerns on this invention which the ECU executes. 要回復セル設定部が実行する、要回復セル設定制御の制御手順のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine of the control procedure of the recovery-requiring cell setting control executed by the recovery-requiring cell setting part. 稼働セル設定部が実行する、稼働セル設定制御の制御手順のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine of the control procedure of the operation cell setting control executed by the operation cell setting part. 回復処理制御部が実行する、回復処理制御の制御手順のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine of the control procedure of the recovery process control executed by the recovery process control unit. 本発明に係る燃料電池システムの制御による、電圧センサが検出する各セルの電圧の変化及びSOCセンサが検出するバッテリのSOCの変化の一例が示されたグラフを縦に並べた図である。It is a figure which arranged the graph which showed an example of the change of the voltage of each cell detected by a voltage sensor, and the change of SOC of a battery detected by an SOC sensor by the control of the fuel cell system which concerns on this invention.

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図1を参照すると、車両1の概略構成図が示されている。車両1には、駆動輪3、従動輪5、モータ7、減速機9、駆動軸11及び燃料電池システム13が搭載されている。この車両1は、燃料電池システム13から電力の供給を受けたモータ7が減速機9を介して駆動軸11を回転させることで、駆動輪3を駆動して走行可能である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
With reference to FIG. 1, a schematic configuration diagram of the vehicle 1 is shown. The vehicle 1 is equipped with a drive wheel 3, a driven wheel 5, a motor 7, a speed reducer 9, a drive shaft 11, and a fuel cell system 13. The vehicle 1 can drive the drive wheels 3 by rotating the drive shaft 11 via the speed reducer 9 by the motor 7 supplied with electric power from the fuel cell system 13.

すなわち、車両1は、水素燃料及び車両1外部の空気中に含まれる酸素から電気エネルギを生成する所謂FCVである。また、車両1は、バッテリ31に蓄電した電力でモータ7を駆動して走行可能な所謂ハイブリット車でもある。
燃料電池システム13は、燃料電池21、水素タンク23、コンプレッサ25、バッテリ31及びインバータ33を備えている。燃料電池21は、水素(燃料)と酸素とを結合させて水を生成する際に電気エネルギを生成(発電)可能な水素燃料電池である。なお、燃料電池21の詳細な構成については後述する。
That is, the vehicle 1 is a so-called FCV that generates electric energy from hydrogen fuel and oxygen contained in the air outside the vehicle 1. Further, the vehicle 1 is also a so-called hybrid vehicle capable of driving the motor 7 with the electric power stored in the battery 31 and traveling.
The fuel cell system 13 includes a fuel cell 21, a hydrogen tank 23, a compressor 25, a battery 31, and an inverter 33. The fuel cell 21 is a hydrogen fuel cell capable of generating (generating) electric energy when hydrogen (fuel) and oxygen are combined to generate water. The detailed configuration of the fuel cell 21 will be described later.

水素タンク23は、水素を高圧下で貯蓄するタンクである。この水素タンク23に貯蓄されている水素は、水素供給経路23aを介して燃料電池21に供給される。また、燃料電池21で消費されなかった水素は、水素排出経路23bを介して再び水素タンク23に貯蓄される。コンプレッサ25は、車両1の外部から空気を吸引する吸引装置である。このコンプレッサ25によって吸引された空気は、空気供給経路25aを介して燃料電池21に供給される。 The hydrogen tank 23 is a tank that stores hydrogen under high pressure. The hydrogen stored in the hydrogen tank 23 is supplied to the fuel cell 21 via the hydrogen supply path 23a. Further, the hydrogen not consumed in the fuel cell 21 is stored again in the hydrogen tank 23 via the hydrogen discharge path 23b. The compressor 25 is a suction device that sucks air from the outside of the vehicle 1. The air sucked by the compressor 25 is supplied to the fuel cell 21 via the air supply path 25a.

これにより、燃料電池21は、水素タンク23に貯蓄されている水素と車両1の外部からコンプレッサ25によって吸引する空気内に含まれている酸素とを結合させることで発電できる。このように発電した燃料電池21は、発電する際に生成された水である水蒸気や空気中に含まれる酸素以外の物質を空気排出経路25bを介して車両1の外部に排出する。 As a result, the fuel cell 21 can generate electricity by combining the hydrogen stored in the hydrogen tank 23 with the oxygen contained in the air sucked by the compressor 25 from the outside of the vehicle 1. The fuel cell 21 generated in this way discharges substances other than water vapor, which is water generated during power generation, and oxygen contained in the air, to the outside of the vehicle 1 via the air discharge path 25b.

バッテリ31は、繰り返し充放電可能な、例えばリチウムイオン二次電池である。インバータ33は、電圧を昇圧または降圧することや、交流電流から直流電流または直流電流から交流電流に変換可能な変換装置である。このインバータ33は、モータ7、燃料電池21及びバッテリ31と通電可能に接続している。
これにより、インバータ33は、燃料電池21によって発電された直流電流の電力を昇圧または降圧してバッテリ31に蓄電することや、バッテリ31に蓄電された電力を三相交流電流に変換してモータ7に供給可能である。ゆえに、車両1は、燃料電池21によって発電した電力をバッテリ31に蓄電し、バッテリ31に蓄電された電力を用いてモータ7を駆動して走行できる。
The battery 31 is, for example, a lithium ion secondary battery that can be repeatedly charged and discharged. The inverter 33 is a conversion device capable of boosting or stepping down the voltage and converting an alternating current to a direct current or a direct current to an alternating current. The inverter 33 is electrically connected to the motor 7, the fuel cell 21, and the battery 31.
As a result, the inverter 33 boosts or lowers the DC current generated by the fuel cell 21 and stores it in the battery 31, or converts the power stored in the battery 31 into a three-phase AC current to convert the motor 7 into a three-phase AC current. Can be supplied to. Therefore, the vehicle 1 can store the electric power generated by the fuel cell 21 in the battery 31 and drive the motor 7 by using the electric power stored in the battery 31 to travel.

図2を参照すると、燃料電池21の構成図が示されている。燃料電池21には、第1セルC1、第2セルC2、第3セルC3及び第4セルC4(複数のセル)が一列に並べて配設されている。また、各セルは、アノード集電板44、第1カソード集電板45a、第2カソード集電板45b、第3カソード集電板45c及び第4カソード集電板45dによって仕切られている。 With reference to FIG. 2, a configuration diagram of the fuel cell 21 is shown. In the fuel cell 21, first cell C1, second cell C2, third cell C3, and fourth cell C4 (a plurality of cells) are arranged side by side in a row. Each cell is partitioned by an anode current collector plate 44, a first cathode current collector plate 45a, a second cathode current collector plate 45b, a third cathode current collector plate 45c, and a fourth cathode current collector plate 45d.

第1セルC1は、アノードセパレータ41とカソードセパレータ42との間に膜電極接合体43を挟むようにして構成されている。アノードセパレータ41は、水素供給経路23aから供給される水素を膜電極接合体43の接触する面に均一に拡散させる多孔質材料である。カソードセパレータ42は、空気供給経路25aから供給される空気を膜電極接合体43の接触する面に均一に拡散させる多孔質材料である。 The first cell C1 is configured such that the membrane electrode assembly 43 is sandwiched between the anode separator 41 and the cathode separator 42. The anode separator 41 is a porous material that uniformly diffuses hydrogen supplied from the hydrogen supply path 23a onto the contact surface of the membrane electrode assembly 43. The cathode separator 42 is a porous material that uniformly diffuses the air supplied from the air supply path 25a onto the contact surface of the membrane electrode assembly 43.

膜電極接合体43は、高分子電解質膜43a、触媒層43b及びガス拡散層43cを含んでいる。高分子電解質膜43aは、例えばプロトン交換膜やアニオン交換膜等の固体高分子膜である。触媒層43bは、例えば多孔質の炭素膜に白金やパラジウムなどの貴金属の触媒を担持させて形成されている。この触媒層43bは、高分子電解質膜43aの両面に配設されている。ガス拡散層43cは、例えば導電性多孔質体やカーボン繊維で形成されており、水素や空気を拡散させることが可能である。このガス拡散層43cは、触媒層43bをさらに挟むように配設されている。 The membrane electrode assembly 43 includes a polymer electrolyte membrane 43a, a catalyst layer 43b, and a gas diffusion layer 43c. The polyelectrolyte membrane 43a is a solid polymer membrane such as a proton exchange membrane or an anion exchange membrane. The catalyst layer 43b is formed by supporting a catalyst of a noble metal such as platinum or palladium on, for example, a porous carbon film. The catalyst layer 43b is arranged on both sides of the polymer electrolyte membrane 43a. The gas diffusion layer 43c is formed of, for example, a conductive porous body or carbon fiber, and can diffuse hydrogen and air. The gas diffusion layer 43c is arranged so as to further sandwich the catalyst layer 43b.

これにより、第1セルC1は、アノードセパレータ41に供給された水素をガス拡散層43cにて拡散させて均一に触媒層43b及び高分子電解質膜43aに供給し、カソードセパレータ42に供給された空気をガス拡散層43cにて拡散させて均一に触媒層43b及び高分子電解質膜43aに供給し、高分子電解質膜43a及び触媒層43bにて水素イオンと酸素イオンとを結合させて水を生成し、水蒸気として空気排出経路25bから排出する。 As a result, in the first cell C1, the hydrogen supplied to the anode separator 41 is diffused by the gas diffusion layer 43c and uniformly supplied to the catalyst layer 43b and the polymer electrolyte membrane 43a, and the air supplied to the cathode separator 42. Is diffused by the gas diffusion layer 43c and uniformly supplied to the catalyst layer 43b and the polymer electrolyte membrane 43a, and hydrogen ions and oxygen ions are combined by the polymer electrolyte membrane 43a and the catalyst layer 43b to generate water. , Is discharged from the air discharge path 25b as water vapor.

このとき、水素を水素イオンに分解する際に発生する電子は、アノード集電板44及びアノード側に延びるアノード電線41Lを介してアノード側に移動し、カソードセパレータ42内の酸素を酸素イオンに分解するために必要な電子は、第1カソード集電板45a及びカソード側に延びるカソード電線42Lを介してカソード側から供給される。これにより、膜電極接合体43のアノード側から水素イオンが供給され、カソード側から酸素イオンが供給されて水素と酸素とを結合させることができる。また、このように第1セルC1内で水素と酸素とを結合させて水を生成することで、電子の移動が発生して発電できる。なお、第2セルC2、第3セルC3及び第4セルC4も同様の構成であるため、説明を省略する。 At this time, the electrons generated when hydrogen is decomposed into hydrogen ions move to the anode side via the anode current collecting plate 44 and the anode electric wire 41L extending to the anode side, and decompose the oxygen in the cathode separator 42 into oxygen ions. The electrons required for this are supplied from the cathode side via the first cathode current collecting plate 45a and the cathode wire 42L extending to the cathode side. As a result, hydrogen ions are supplied from the anode side of the membrane electrode assembly 43, and oxygen ions are supplied from the cathode side to bond hydrogen and oxygen. Further, by combining hydrogen and oxygen in the first cell C1 to generate water in this way, movement of electrons is generated and power generation can be performed. Since the second cell C2, the third cell C3, and the fourth cell C4 have the same configuration, the description thereof will be omitted.

第1セルC1のアノードセパレータ41には、水素供給経路23aから供給される水素の量を調整及び閉弁可能な第1水素供給弁51aが設けられている。また、アノードセパレータ41には、水素排出経路23bに排出される水素の量を調整及び閉弁可能な第1水素排出弁51bが設けられている。同様に、第1セルC1のカソードセパレータ42には、空気供給経路25aから供給される空気の量を調整及び閉弁可能な第1空気供給弁51cが設けられている。 The anode separator 41 of the first cell C1 is provided with a first hydrogen supply valve 51a capable of adjusting and closing the amount of hydrogen supplied from the hydrogen supply path 23a. Further, the anode separator 41 is provided with a first hydrogen discharge valve 51b capable of adjusting and closing the amount of hydrogen discharged to the hydrogen discharge path 23b. Similarly, the cathode separator 42 of the first cell C1 is provided with a first air supply valve 51c capable of adjusting and closing the amount of air supplied from the air supply path 25a.

また、カソードセパレータ42には、空気排出経路25bに排出される空気の量を調整及び閉弁可能な第1空気排出弁51dが設けられている。また、これら第1水素供給弁51a、第1水素排出弁51b、第1空気供給弁51c及び第1空気排出弁51dは、図示はしないが、後述するECU80と電気的に接続しており、それぞれの開閉を制御できる。 Further, the cathode separator 42 is provided with a first air discharge valve 51d capable of adjusting and closing the amount of air discharged to the air discharge path 25b. Further, although not shown, the first hydrogen supply valve 51a, the first hydrogen discharge valve 51b, the first air supply valve 51c, and the first air discharge valve 51d are electrically connected to the ECU 80 described later, respectively. Can control the opening and closing of.

この第1水素供給弁51a、第1水素排出弁51b、第1空気供給弁51c及び第1空気排出弁51dをそれぞれ制御することで、アノードセパレータ41及びカソードセパレータ42の水素及び空気の流量を調整できる。このようにアノードセパレータ41及びカソードセパレータ42の水素及び空気の流量を調整することで、水素及び空気の流量を増加させて第1セルC1における発電を促進することや、アノードセパレータ41に水素を供給することを停止してアノードセパレータ41内の水素を消費できる。 By controlling the first hydrogen supply valve 51a, the first hydrogen discharge valve 51b, the first air supply valve 51c, and the first air discharge valve 51d, respectively, the flow rates of hydrogen and air in the anode separator 41 and the cathode separator 42 can be adjusted. can. By adjusting the flow rates of hydrogen and air of the anode separator 41 and the cathode separator 42 in this way, the flow rates of hydrogen and air are increased to promote power generation in the first cell C1, and hydrogen is supplied to the anode separator 41. The hydrogen in the anode separator 41 can be consumed.

なお、第2セルC2、第3セルC3及び第4セルC4にも同様に第2水素供給弁52a、第2水素排出弁52b、第2空気供給弁52c及び第2空気排出弁52d、第3水素供給弁53a、第3水素排出弁53b、第3空気供給弁53c及び第3空気排出弁53d並びに第4水素供給弁54a、第4水素排出弁54b、第4空気供給弁54c及び第4空気排出弁54dが設けられており、同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。また、説明の便宜上、上記供給弁51a、51c、52a、52c、53a、53c、54a、54c、及び上記排出弁51b、51d、52b、52d、53b、53d、54b、54dを総じて制御弁50ともいう。 Similarly, in the second cell C2, the third cell C3, and the fourth cell C4, the second hydrogen supply valve 52a, the second hydrogen discharge valve 52b, the second air supply valve 52c, the second air discharge valve 52d, and the third cell Hydrogen supply valve 53a, third hydrogen discharge valve 53b, third air supply valve 53c and third air discharge valve 53d, fourth hydrogen supply valve 54a, fourth hydrogen discharge valve 54b, fourth air supply valve 54c and fourth air Since the discharge valve 54d is provided and has the same configuration, the description thereof is omitted here. Further, for convenience of explanation, the supply valves 51a, 51c, 52a, 52c, 53a, 53c, 54a, 54c, and the discharge valves 51b, 51d, 52b, 52d, 53b, 53d, 54b, 54d are collectively referred to as the control valve 50. say.

第1セルC1と第2セルC2とを仕切る第1カソード集電板45aは、第1カソードスイッチ61を介してカソード電線42Lに接続している。第1カソードスイッチ61は、通電(ON)または絶縁(OFF)に切り替えることが可能なスイッチである。換言すると、第1カソードスイッチ61は、ONにすることで第1セルC1の電位を下げるとともにカソード電線42Lに放電でき、OFFにすることで、第1セルC1の電位が下がることを抑制できる。 The first cathode current collector plate 45a that separates the first cell C1 and the second cell C2 is connected to the cathode electric wire 42L via the first cathode switch 61. The first cathode switch 61 is a switch capable of switching between energization (ON) and insulation (OFF). In other words, the first cathode switch 61 can lower the potential of the first cell C1 and discharge to the cathode electric wire 42L by turning it on, and can suppress the lowering of the potential of the first cell C1 by turning it off.

この第1カソードスイッチ61は、後述するECU80と電気的に接続しており、制御できる。なお、第2カソード集電板45b、第3カソード集電板45c及び第4カソード集電板45dからカソード電線42Lに接続する第2カソードスイッチ62、第3カソードスイッチ63及び第4カソードスイッチ64についても同様の構成であるため、説明を省略する。また、説明の便宜上、第1カソードスイッチ61、第2カソードスイッチ62、第3カソードスイッチ63及び第4カソードスイッチ64を総じてカソード出力スイッチ60ともいう。 The first cathode switch 61 is electrically connected to the ECU 80 described later and can be controlled. Regarding the second cathode switch 62, the third cathode switch 63, and the fourth cathode switch 64 that are connected to the cathode wire 42L from the second cathode current collector plate 45b, the third cathode current collector plate 45c, and the fourth cathode current collector plate 45d. Since this has the same configuration, the description thereof will be omitted. Further, for convenience of explanation, the first cathode switch 61, the second cathode switch 62, the third cathode switch 63, and the fourth cathode switch 64 are also collectively referred to as a cathode output switch 60.

アノード集電板44は、第1スイッチ61と同様の第1アノードスイッチ66を介してアノード電線41Lに接続している。第1アノードスイッチ66は、通電(ON)または絶縁(OFF)に切り替えることが可能なスイッチである。換言すると、第1アノードスイッチ66は、ONにすることで第1セルC1の電位を下げるとともにアノード電線41Lに放電でき、OFFにすることで、第1セルC1の電位が下がることを抑制できる。 The anode current collector plate 44 is connected to the anode electric wire 41L via a first anode switch 66 similar to the first switch 61. The first anode switch 66 is a switch capable of switching between energization (ON) and insulation (OFF). In other words, the first anode switch 66 can lower the potential of the first cell C1 and discharge to the anode electric wire 41L by turning it on, and can suppress the lowering of the potential of the first cell C1 by turning it off.

この第1アノードスイッチ66は、後述するECU80と電気的に接続しており、制御できる。なお、第1カソード集電板45a、第2カソード集電板45b及び第3カソード集電板45cからアノード電線41Lに接続する第2アノードスイッチ67、第3アノードスイッチ68及び第4アノードスイッチ69についても同様の構成であるため、説明を省略する。また、説明の便宜上、第1アノードスイッチ66、第2アノードスイッチ67、第3アノードスイッチ68及び第4アノードスイッチ69を総じてアノード出力スイッチ65ともいう。 The first anode switch 66 is electrically connected to the ECU 80 described later and can be controlled. Regarding the second anode switch 67, the third anode switch 68, and the fourth anode switch 69 connected to the anode electric wire 41L from the first cathode current collector plate 45a, the second cathode current collector plate 45b, and the third cathode current collector plate 45c. Since this has the same configuration, the description thereof will be omitted. Further, for convenience of explanation, the first anode switch 66, the second anode switch 67, the third anode switch 68, and the fourth anode switch 69 are also collectively referred to as an anode output switch 65.

このように、燃料電池21は、アノード集電板44、第1カソード集電板45a、第2カソード集電板45b、第3カソード集電板45c及び第4カソード集電板45dにカソード出力スイッチ60及びアノード出力スイッチ65が配設されることにより、例えば第1カソードスイッチ61及び第1アノードスイッチ66をONにし、その他のカソード出力スイッチ60及びアノード出力スイッチ65をOFFにするようにして、稼働するセル(後述する稼働セルCd)を選択的に稼働させることができる。 As described above, the fuel cell 21 has a cathode output switch on the anode current collector plate 44, the first cathode current collector plate 45a, the second cathode current collector plate 45b, the third cathode current collector plate 45c, and the fourth cathode current collector plate 45d. By disposing the 60 and the anode output switch 65, for example, the first cathode switch 61 and the first anode switch 66 are turned on, and the other cathode output switch 60 and the anode output switch 65 are turned off. The cell (operating cell Cd described later) can be selectively operated.

第1カソード集電板45aと第1スイッチ61との間には、第1電圧センサ71が配設されている。第1電圧センサ71は、第1カソード集電板45aからカソード電線42Lに通電する電流の電圧値を検出するセンサである。なお、第2カソード集電板45b、第3カソード集電板45c及び第4カソード集電板45dからカソード電線42Lに接続する第2電圧センサ72、第3電圧センサ73及び第4電圧センサ74についても同様の構成であるため、説明を省略する。また、説明の便宜上、第1電圧センサ71、第2電圧センサ72、第3電圧センサ73及び第4電圧センサ74を総じて電圧センサ(電圧検出部)70ともいう。 A first voltage sensor 71 is arranged between the first cathode current collector plate 45a and the first switch 61. The first voltage sensor 71 is a sensor that detects the voltage value of the current that is energized from the first cathode current collector plate 45a to the cathode electric wire 42L. Regarding the second voltage sensor 72, the third voltage sensor 73, and the fourth voltage sensor 74 connected to the cathode wire 42L from the second cathode current collector plate 45b, the third cathode current collector plate 45c, and the fourth cathode current collector plate 45d. Since this has the same configuration, the description thereof will be omitted. Further, for convenience of explanation, the first voltage sensor 71, the second voltage sensor 72, the third voltage sensor 73, and the fourth voltage sensor 74 are also collectively referred to as a voltage sensor (voltage detection unit) 70.

図1に戻り、バッテリ31には、SOCセンサ75が配設されている。このSOCセンサ75は、バッテリ31の充電率であるSOC(State of Charge)を検出可能なセンサである。
図3を参照すると、本発明に係る燃料電池システム13の制御に係るECU80の接続構成がブロック図で示されている。
Returning to FIG. 1, the SOC sensor 75 is arranged in the battery 31. The SOC sensor 75 is a sensor capable of detecting the SOC (State of Charge), which is the charge rate of the battery 31.
With reference to FIG. 3, the connection configuration of the ECU 80 related to the control of the fuel cell system 13 according to the present invention is shown in a block diagram.

ECU80は、燃料電池システム13の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)等を含んで構成されている。このECU80の入力側には、電圧センサ70及びSOCセンサ75が電気的に接続している。これにより、電圧センサ70からは各セルそれぞれの電圧値に関する情報が入力され、SOCセンサ75からはバッテリ31のSOCに関する情報が入力される。 The ECU 80 is a control device for performing comprehensive control including operation control of the fuel cell system 13, such as an input / output device, a storage device (ROM, RAM, non-volatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), and the like. Is configured to include. A voltage sensor 70 and a SOC sensor 75 are electrically connected to the input side of the ECU 80. As a result, information on the voltage value of each cell is input from the voltage sensor 70, and information on the SOC of the battery 31 is input from the SOC sensor 75.

一方、ECU80の出力側には、制御弁50(後述する50D及び50C)、カソード出力スイッチ60(後述する60D及び60C)及びアノード出力スイッチ65(後述する65D及び65C)が電気的に接続している。これにより、制御弁50を制御することで、各セルの水素及び空気の供給や排出を制御でき、カソード出力スイッチ60及びアノード出力スイッチ65を制御することで、各セルからの放電を調整して各セルの電位をそれぞれ調整できる。 On the other hand, a control valve 50 (50D and 50C described later), a cathode output switch 60 (60D and 60C described later), and an anode output switch 65 (65D and 65C described later) are electrically connected to the output side of the ECU 80. There is. Thereby, by controlling the control valve 50, the supply and discharge of hydrogen and air in each cell can be controlled, and by controlling the cathode output switch 60 and the anode output switch 65, the discharge from each cell can be adjusted. The potential of each cell can be adjusted individually.

また、ECU80には、要回復セル設定部(要回復セル選択部)81、稼働セル設定部(稼働セル選択部)82、計時部83、記憶部84、稼働制御部85及び回復処理制御部86が設けられている。要回復セル設定部81は、電圧センサ70から入力される各セルそれぞれの電圧値に関する情報に基づいて、後述する要回復セル設定制御を実行し、要回復セルCcを設定する設定部である。 Further, the ECU 80 includes a recovery required cell setting unit (recovery required cell selection unit) 81, an operating cell setting unit (operating cell selection unit) 82, a timekeeping unit 83, a storage unit 84, an operation control unit 85, and a recovery processing control unit 86. Is provided. The recovery-requiring cell setting unit 81 is a setting unit that executes recovery-requiring cell setting control described later and sets the recovery-requiring cell Cc based on the information regarding the voltage value of each cell input from the voltage sensor 70.

ここで、要回復セルCcとは、例えばセル内の膜電極接合体43における特に触媒層43b内に含まれる白金が、空気中に含まれる硫黄等と化合して硫化白金となり、発電性能が低下した状態(以下、硫黄被毒状態という。)のセルのことである。この硫黄被毒状態のセルは、発電性能が低下しているため、正常なセルと比較して電圧値が低いという特性を有している。 Here, the recovery-required cell Cc is, for example, platinum contained in the membrane electrode assembly 43 in the cell, particularly in the catalyst layer 43b, combined with sulfur or the like contained in the air to become platinum sulfide, resulting in reduced power generation performance. It is a cell in a state where it is in a state of being poisoned by sulfur (hereinafter referred to as a sulfur-poisoned state). This sulfur-poisoned cell has a characteristic that the voltage value is lower than that of a normal cell because the power generation performance is deteriorated.

稼働セル設定部82は、SOCセンサ75から入力されるバッテリ31のSOCに関する情報及び要回復セル設定部81によって設定される要回復セルCcに基づいて、後述する稼働セル設定制御を実行し、稼働セルCdを設定する設定部である。ここで、稼働セルCdとは、要回復セルCc以外のセルのうち少なくともひとつのセルのことであり、後述するように、単数の場合もあれば複数の場合もある。 The operating cell setting unit 82 executes the operating cell setting control described later based on the information regarding the SOC of the battery 31 input from the SOC sensor 75 and the recovery required cell Cc set by the recovery required cell setting unit 81, and operates. This is a setting unit for setting the cell Cd. Here, the operating cell Cd is at least one cell among the cells other than the recovery-required cell Cc, and as will be described later, it may be singular or plural.

計時部83は、時間の経過を計時するタイマである。記憶部84は、ECU80内の各種情報を記憶するメモリである。稼働制御部85は、稼働セル設定部82によって設定された稼働セルCdの制御弁(稼働装置)50D、カソード出力スイッチ(稼働装置)60D及びアノード出力スイッチ(稼働装置)65Dを制御する制御部である。回復処理制御部86は、要回復セル設定部81によって設定された要回復セルCcの制御弁(回復処理装置)50C、カソード出力スイッチ(回復処理装置)60C及びアノード出力スイッチ(回復処理装置)65Cを制御する制御部である。 The timekeeping unit 83 is a timer that measures the passage of time. The storage unit 84 is a memory that stores various information in the ECU 80. The operation control unit 85 is a control unit that controls the control valve (operation device) 50D, the cathode output switch (operation device) 60D, and the anode output switch (operation device) 65D of the operation cell Cd set by the operation cell setting unit 82. be. The recovery processing control unit 86 includes a control valve (recovery processing device) 50C, a cathode output switch (recovery processing device) 60C, and an anode output switch (recovery processing device) 65C of the recovery-requiring cell Cc set by the recovery-requiring cell setting unit 81. It is a control unit that controls.

図4を参照すると、ECU80が実行する、本発明に係る燃料電池システム13の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。まず、全体的な流れとして、ステップS10では、要回復セル設定部81により、要回復セル設定制御を実行することで、上記した要回復セルCcを設定する。その後、ステップS20では、稼働セル設定部82により、稼働セル設定制御を実行することで、上記した稼働セルCdを設定する。そして、ステップS30では、稼働セルCdの稼働をしつつ、要回復セルCcの硫黄被毒状態を回復させる回復処理制御(特性回復処理)を実行し、本ルーチンを繰り返し実行する。 With reference to FIG. 4, a routine showing a control procedure of the fuel cell system 13 according to the present invention, which is executed by the ECU 80, is shown in a flowchart, and will be described below with reference to the flowchart. First, as an overall flow, in step S10, the recovery-requiring cell setting unit 81 executes the recovery-requiring cell setting control to set the recovery-requiring cell Cc described above. After that, in step S20, the operating cell setting unit 82 executes the operating cell setting control to set the operating cell Cd described above. Then, in step S30, while operating the operating cell Cd, the recovery processing control (characteristic recovery processing) for recovering the sulfur poisoned state of the recovery-required cell Cc is executed, and this routine is repeatedly executed.

これにより、複数のセルのうち、要回復セルCcと稼働セルCdとをそれぞれ設定し、稼働セルCdの稼働をしつつ、要回復セルCcの硫黄被毒状態を回復させることで、燃料電池21による発電を停止することなく、要回復セルCcを硫黄被毒状態から回復させることができる。
図5を参照すると、要回復セル設定部81が実行する、要回復セル設定制御の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。ステップS11では、回復処理制御(ステップS30)によって硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過したセルがあるか否かを判別する。ステップS11の判別結果が真(Yes)で硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過したセルがあると判別した場合には、ステップS14に移行し、この一定時間経過したセル(該当するセル)を要回復セルCcとして設定したあと、ステップS16に以降する。ステップS16では、要回復セルCcの電圧値を記憶部84に記憶させて要回復セル設定制御を終了する。一方、ステップS11の判別結果が偽(No)で硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過したセルがないと判別した場合には、ステップS12に移行する。
As a result, among the plurality of cells, the recovery-requiring cell Cc and the operating cell Cd are set, respectively, and the sulfur-poisoned state of the recovery-requiring cell Cc is recovered while the operating cell Cd is operating, whereby the fuel cell 21 The recovery-required cell Cc can be recovered from the sulfur poisoned state without stopping the power generation by the fuel cell.
With reference to FIG. 5, a flowchart showing a control procedure for the recovery-requiring cell setting control executed by the recovery-requiring cell setting unit 81 is shown. In step S11, it is determined by the recovery processing control (step S30) whether or not there is a cell for which a certain period of time has passed after recovering from the sulfur poisoned state. If the determination result in step S11 is true (Yes) and it is determined that there is a cell for which a certain period of time has passed since the recovery from the sulfur poisoning state, the process proceeds to step S14, and the cell for which the certain time has passed (corresponding cell) is entered. ) Is set as the recovery-required cell Cc, and then the process proceeds to step S16. In step S16, the voltage value of the recovery-requiring cell Cc is stored in the storage unit 84, and the recovery-requiring cell setting control is terminated. On the other hand, if the determination result in step S11 is false (No) and it is determined that there is no cell for which a certain period of time has passed after recovering from the sulfur poisoned state, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、電圧センサ70から入力される各セルそれぞれの電圧値に関する情報に基づき、電圧値が所定値以下のセルがあるか否かを判別する。ステップS11の判別結果が偽(No)で電圧値が所定値以下のセルがないと判別した場合には、要回復セル設定制御及び燃料電池システム13の制御(図4のフロー)を終了する。一方、ステップS11の判別結果が真(Yes)で電圧値が所定値以下のセルがあると判別した場合には、ステップS15に移行し、最も電圧値が低いセルを要回復セルCcとして設定してステップS17に以降する。ステップS17では、要回復セルCcの電圧値を記憶部84に記憶させて要回復セル設定制御を終了する。 In step S12, it is determined whether or not there is a cell whose voltage value is equal to or less than a predetermined value based on the information regarding the voltage value of each cell input from the voltage sensor 70. When the determination result in step S11 is false (No) and it is determined that there is no cell whose voltage value is equal to or less than the predetermined value, the recovery required cell setting control and the control of the fuel cell system 13 (flow in FIG. 4) are terminated. On the other hand, when the determination result in step S11 is true (Yes) and it is determined that there is a cell whose voltage value is equal to or less than a predetermined value, the process proceeds to step S15, and the cell having the lowest voltage value is set as the recovery required cell Cc. To step S17 and thereafter. In step S17, the voltage value of the recovery-requiring cell Cc is stored in the storage unit 84, and the recovery-requiring cell setting control is terminated.

このように、ステップS11〜ステップS15では、硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過し再び硫黄被毒状態にあると推定されるセルを要回復セルCcとして設定し(ステップS11でYes、ステップS14)、硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過していない場合であっても(ステップS11でNo)電圧値が所定値以下であり硫黄被毒状態にあると推定されるセルを要回復セルCcとして設定できる(ステップS12でYes、ステップS15)。また、電圧値が所定値以下のセルがない場合は(ステップS12でNo)、硫黄被毒状態にあると推定されるセルがないと推定し、要回復セル設定制御及び燃料電池システム13の制御を終了する。 As described above, in steps S11 to S15, the cell estimated to be in the sulfur-poisoned state again after a certain period of time has passed after recovering from the sulfur-poisoned state is set as the recovery-required cell Cc (Yes, in step S11, Yes, In step S14), even if a certain period of time has not passed since the recovery from the sulfur poisoned state (No in step S11), the cell whose voltage value is equal to or less than a predetermined value and is estimated to be in the sulfur poisoned state is displayed. It can be set as the recovery-required cell Cc (Yes in step S12, step S15). If there is no cell whose voltage value is less than or equal to the predetermined value (No in step S12), it is estimated that there is no cell presumed to be in a sulfur poisoned state, and recovery required cell setting control and fuel cell system 13 control. To finish.

これにより、ステップS10の要回復セル設定制御では、回復処理制御(ステップS30)によって硫黄被毒状態から回復させる必要があるセルを的確に推定し、要回復セルCcとして設定できる。
図4に戻り、ステップS10の要回復セル設定制御で要回復セルCcを設定すると、ステップS20に移行し、稼働セル設定制御を実行する。
As a result, in the recovery-requiring cell setting control in step S10, the cell that needs to be recovered from the sulfur poisoned state can be accurately estimated by the recovery processing control (step S30) and set as the recovery-requiring cell Cc.
Returning to FIG. 4, when the recovery-requiring cell Cc is set by the recovery-requiring cell setting control in step S10, the process proceeds to step S20 and the operation cell setting control is executed.

図6を参照すると、稼働セル設定部82が実行する、稼働セル設定制御の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。ステップS21では、SOCセンサ75から入力されるバッテリ31のSOCに関する情報に基づき、バッテリ31のSOCが一定値(例えば50%)以上か否かを判別する。ステップS21の判別結果が真(Yes)でバッテリ31のSOCが一定値以上であると判別するとステップS22に移行し、ステップS21の判別結果が偽(No)でバッテリ31のSOCが一定値未満であると判別するとステップS23に移行する。 With reference to FIG. 6, a flowchart showing a control procedure for operating cell setting control executed by the operating cell setting unit 82 is shown. In step S21, it is determined whether or not the SOC of the battery 31 is a certain value (for example, 50%) or more based on the information regarding the SOC of the battery 31 input from the SOC sensor 75. When it is determined that the determination result in step S21 is true (Yes) and the SOC of the battery 31 is equal to or higher than a certain value, the process proceeds to step S22, and the determination result in step S21 is false (No) and the SOC of the battery 31 is less than a certain value. If it is determined that there is, the process proceeds to step S23.

ステップS22では、要回復セルCcと近接する少なくともひとつのセルを稼働セルCdとして設定して稼働セル設定制御を終了する。ここで、要回復セルCcと近接する少なくともひとつのセルとは、図2によると、例えば要回復セルCcが第2セルC2である場合は、第1セルC1及び第3セルC3のことであり、要回復セルCcが第1セルC1である場合は、第2セルC2のことである。 In step S22, at least one cell adjacent to the recovery-required cell Cc is set as the operating cell Cd, and the operating cell setting control is terminated. Here, at least one cell adjacent to the recovery-requiring cell Cc is, for example, the first cell C1 and the third cell C3 when the recovery-requiring cell Cc is the second cell C2, according to FIG. When the recovery-required cell Cc is the first cell C1, it means the second cell C2.

これにより、要回復セルCcと近接するセルを稼働させる際に発生する熱を利用して回復処理制御を良好に実行できる。なお、要回復セルCcが第2セルC2である場合であれば、第1セルC1または第3セルC3のいずれか一方のみを稼働セルCdとして設定してもよく、要回復セルCcが第1セルC1である場合であれば、第2セルC2及び第4セルC4を稼働セルCdとして設定してもよく、各セルの排熱性や車両1の運転手による要求トルクに応じて要回復セルCc以外のセルであればその他のセルを稼働セルCdとして適宜設定してもよい。 As a result, the recovery processing control can be satisfactorily executed by utilizing the heat generated when the cell adjacent to the recovery required cell Cc is operated. If the recovery-requiring cell Cc is the second cell C2, only one of the first cell C1 and the third cell C3 may be set as the operating cell Cd, and the recovery-requiring cell Cc is the first. In the case of cell C1, the second cell C2 and the fourth cell C4 may be set as the operating cell Cd, and the recovery required cell Cc may be set according to the heat exhaust property of each cell and the torque required by the driver of the vehicle 1. If it is a cell other than the above, the other cell may be appropriately set as the operating cell Cd.

一方、ステップS23では、要回復セルCc以外のセルすべてを稼働セルCdとして設定して稼働セル設定制御を終了する。これにより、要回復セルCcについて回復処理制御を実行する間の発電を要回復セルCc以外のすべてのセルで補うことができる。図4に戻り、ステップS20の稼働セル設定制御で稼働セルCdを設定したあと、ステップS30に移行し、回復処理制御を実行する。 On the other hand, in step S23, all the cells other than the recovery-required cell Cc are set as the operating cell Cd, and the operating cell setting control is terminated. As a result, the power generation during the execution of the recovery processing control for the recovery-requiring cell Cc can be supplemented by all the cells other than the recovery-requiring cell Cc. Returning to FIG. 4, after setting the operating cell Cd by the operating cell setting control in step S20, the process proceeds to step S30 to execute the recovery processing control.

図7を参照すると、回復処理制御部86が実行する、回復処理制御の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。ステップS31では、要回復セルCcの制御弁50Cをすべて開弁(例えば要回復セルCcが第1セルC1であれば、第1水素供給弁51a、第1水素排出弁51b、第1空気供給弁51c及び第1空気排出弁51dを開弁)し、要回復セルCcのカソード出力スイッチ60C及びアノード出力スイッチ65CをOFF(例えば要回復セルCcが第1セルC1であれば、第1カソードスイッチ61及び第1アノードスイッチ65をOFF)にし、ステップS32に移行する。 With reference to FIG. 7, a flowchart showing a control procedure for recovery processing control executed by the recovery processing control unit 86 is shown. In step S31, all the control valves 50C of the recovery-requiring cell Cc are opened (for example, if the recovery-requiring cell Cc is the first cell C1, the first hydrogen supply valve 51a, the first hydrogen discharge valve 51b, and the first air supply valve are opened. 51c and the first air discharge valve 51d are opened), and the cathode output switch 60C and the anode output switch 65C of the recovery-requiring cell Cc are turned off (for example, if the recovery-requiring cell Cc is the first cell C1, the first cathode switch 61 And the first anode switch 65 is turned off), and the process proceeds to step S32.

ここで、上記したように、カソード出力スイッチ60C及びアノード出力スイッチ65CをOFFにすると、要回復セルCcの電位が下がることを抑制できる。また、要回復セルCcの制御弁50Cをすべて開弁することで、水素及び空気の流量を増加させて要回復セルCcにおける発電を促進できる。これにより、ステップS31により、要回復セルCcの電位を高めることができる。 Here, as described above, when the cathode output switch 60C and the anode output switch 65C are turned off, it is possible to prevent the potential of the recovery-requiring cell Cc from dropping. Further, by opening all the control valves 50C of the recovery-requiring cell Cc, the flow rates of hydrogen and air can be increased to promote power generation in the recovery-requiring cell Cc. As a result, the potential of the recovery-requiring cell Cc can be increased by step S31.

ステップS32では、計時部83による計時に基づき、ステップS31により要回復セルCcの電位を高めることを開始してから設定時間A(所定時間)を経過したか否かを判別する。ここで、設定時間Aとは、要回復セル設定制御のステップS16またはステップS17で記憶部84に記憶した要回復セルCcの電圧値を基に、要回復セルの電圧値Ccが所定値より低ければ低いほど設定時間Aを長時間に設定し、要回復セルの電圧値が所定値より高ければ高いほど設定時間Aを短時間に設定する。ステップS32では、判別結果が偽(No)で設定時間Aを経過していないと判別する間はステップS32を繰り返し実行し、判別結果が真(Yes)で設定時間Aを経過したと判別すると、ステップS33に移行する。 In step S32, it is determined whether or not the set time A (predetermined time) has elapsed since the start of increasing the potential of the recovery-requiring cell Cc in step S31 based on the timed by the time measuring unit 83. Here, the set time A means that the voltage value Cc of the recovery-requiring cell is lower than a predetermined value based on the voltage value of the recovery-requiring cell Cc stored in the storage unit 84 in step S16 or step S17 of the recovery-requiring cell setting control. The lower the value, the longer the set time A is set, and the higher the voltage value of the recovery-required cell is, the shorter the set time A is set. In step S32, step S32 is repeatedly executed while it is determined that the determination result is false (No) and the set time A has not elapsed, and it is determined that the determination result is true (Yes) and the set time A has elapsed. The process proceeds to step S33.

ステップS33では、要回復セルCcの制御弁50Cをすべて閉弁(例えば要回復セルCcが第1セルC1であれば、第1水素供給弁51a、第1水素排出弁51b、第1空気供給弁51c及び第1空気排出弁51dを閉弁)し、要回復セルCcのカソード出力スイッチ60C及びアノード出力スイッチ65CをON(例えば要回復セルCcが第1セルC1であれば、第1カソードスイッチ61及び第1アノードスイッチ65をON)にし、回復処理制御及び燃料電池システム13の制御を終了する。このように、制御弁50Cをすべて閉弁してカソード出力スイッチ60C及びアノード出力スイッチ65CをONにすることで、要回復セルCcの電位が高いまま放電して膜電極接合体43が劣化することを抑制できる。 In step S33, all the control valves 50C of the recovery-requiring cell Cc are closed (for example, if the recovery-requiring cell Cc is the first cell C1, the first hydrogen supply valve 51a, the first hydrogen discharge valve 51b, and the first air supply valve are closed. 51c and the first air discharge valve 51d are closed), and the cathode output switch 60C and the anode output switch 65C of the recovery-requiring cell Cc are turned on (for example, if the recovery-requiring cell Cc is the first cell C1, the first cathode switch 61 And the first anode switch 65 is turned ON), and the recovery processing control and the control of the fuel cell system 13 are terminated. By closing all the control valves 50C and turning on the cathode output switch 60C and the anode output switch 65C in this way, the membrane electrode assembly 43 deteriorates due to discharge while the potential of the recovery-requiring cell Cc remains high. Can be suppressed.

このように、回復処理制御では、ステップS31により要回復セルCcの電位を高めた状態を設定時間Aの間維持することで(ステップS32)、要回復セルCcを硫黄被毒状態から回復させることができる。また、要回復セルCcの電圧値を基に設定時間Aを設定することで、要回復セルCcの硫黄被毒の度合に応じて要回復セルCcの電位を高めた状態を維持する時間を長くできる。 As described above, in the recovery processing control, the recovery-requiring cell Cc is recovered from the sulfur poisoned state by maintaining the state in which the potential of the recovery-requiring cell Cc is increased in step S31 for the set time A (step S32). Can be done. Further, by setting the set time A based on the voltage value of the recovery-requiring cell Cc, the time for maintaining the state in which the potential of the recovery-requiring cell Cc is increased according to the degree of sulfur poisoning of the recovery-requiring cell Cc is extended. can.

この回復処理制御を実行している間、稼働制御部85は、稼働セル設定部82により設定された稼働セルCdを適宜稼働させることで稼働セルCdによりバッテリ31の充電をできる。
図8を参照すると、本発明に係る燃料電池システム13の制御による、電圧センサ70が検出する各セルの電圧の変化及びSOCセンサ75が検出するバッテリ31のSOCの変化の一例がグラフを縦に並べた図が示されている。以下、主に図8に沿いつつ、本発明に係る燃料電池システム13の制御による作用効果を説明する。
While the recovery processing control is being executed, the operation control unit 85 can charge the battery 31 by the operation cell Cd by appropriately operating the operation cell Cd set by the operation cell setting unit 82.
Referring to FIG. 8, an example of a change in the voltage of each cell detected by the voltage sensor 70 and a change in the SOC of the battery 31 detected by the SOC sensor 75 under the control of the fuel cell system 13 according to the present invention is shown in the vertical graph. A side-by-side diagram is shown. Hereinafter, the action and effect of the control of the fuel cell system 13 according to the present invention will be described mainly with reference to FIG.

各セルは、上記したように、発電をするにつれて空気中の硫黄により白金が硫化し、発電性能が低下する。したがって、各セルは、稼働時間が長くなるにつれて電圧が低下する。第1時期T1のとき、第2電圧センサ72により、第2セルC2の電圧値が所定値(所定値以下)となることを検出する(図5のステップS12でYes)。このように、第2電圧センサ72を用いることで、第2セルC2が硫黄被毒状態であることを検出し、第2セルC2を要回復セルCcとして設定できる(ステップS15)。このように要回復セルCcとして設定された第2セルC2は、回復処理制御により硫黄被毒状態から回復する(ステップS31〜S33)。 As described above, as each cell generates electricity, platinum is sulphurized by sulfur in the air, and the power generation performance deteriorates. Therefore, the voltage of each cell decreases as the operating time increases. At the time of the first period T1, the second voltage sensor 72 detects that the voltage value of the second cell C2 becomes a predetermined value (less than or equal to the predetermined value) (Yes in step S12 of FIG. 5). In this way, by using the second voltage sensor 72, it is possible to detect that the second cell C2 is in a sulfur poisoned state and set the second cell C2 as the recovery required cell Cc (step S15). The second cell C2 thus set as the recovery-required cell Cc recovers from the sulfur poisoned state by the recovery processing control (steps S31 to S33).

また、第1時期T1のとき、バッテリ31のSOCが一定値未満であるため(図6ステップS21でNo)、稼働セル設定制御により、第2セルC2以外のセルである、第1セルC1、第3セルC3及び第4セルC4を稼働セルCdとして設定できる(ステップS23)。
ここで、第2セルC2は、回復処理制御のステップS31により第2スイッチ62がOFFであるため、放電できない(ステップS31)。一方で、第2セルC2以外のセルを稼働セルCdとすることにより、稼働制御部85が第1セルC1、第3セルC3及び第4セルC4を稼働させて発電し、バッテリ31に電力を供給できる。
Further, since the SOC of the battery 31 is less than a certain value at the time of the first period T1 (No in step S21 of FIG. 6), the cells other than the second cell C2 are controlled by the operating cell setting control. The third cell C3 and the fourth cell C4 can be set as the operating cell Cd (step S23).
Here, the second cell C2 cannot be discharged because the second switch 62 is turned off in step S31 of the recovery processing control (step S31). On the other hand, by setting cells other than the second cell C2 as the operating cell Cd, the operation control unit 85 operates the first cell C1, the third cell C3, and the fourth cell C4 to generate electric power, and supplies electric power to the battery 31. Can be supplied.

図8によると、第2セルC2は、回復処理制御により、第1時期T1から第2時期T2までの間(第2セル回復期間)、発電しない。このような第2セル回復期間に車両1が走行等することによりバッテリ31に蓄電された電力は消費される。一方で、稼働制御部85は、第1セルC1、第3セルC3及び第4セルC4を稼働させて発電し、バッテリ31に電力を供給することで、バッテリ31のSOCが低下することを抑制できる。 According to FIG. 8, the second cell C2 does not generate power during the period from the first period T1 to the second period T2 (second cell recovery period) due to the recovery processing control. When the vehicle 1 travels or the like during such a second cell recovery period, the electric power stored in the battery 31 is consumed. On the other hand, the operation control unit 85 operates the first cell C1, the third cell C3, and the fourth cell C4 to generate electric power, and supplies electric power to the battery 31 to prevent the SOC of the battery 31 from deteriorating. can.

これにより、車両1の走行性能の低下を抑制しつつ、第2セルC2の回復処理制御を実行できる。なお、第2セルC2の回復処理制御を一例として説明したが、第1セルC1、第3セルC3及び第4セルC4の回復処理制御を実行する場合も同様である。
第2セル回復期間の経過後、第3時期T3から第4時期T4までの間(第1セル回復期間)、第2セル回復期間と同様に、第1セルC1の回復処理制御を実行する。ここで、第1セル回復期間と第2セル回復期間との各制御の違いは、第1セル回復期間の始期である第3時期T3のとき、第1セルC1の電圧値が所定値より大きい点、第2セル回復期間と比較して第1セル回復期間が短い点及びバッテリ31のSOCが一定値以上である点にある。
As a result, the recovery processing control of the second cell C2 can be executed while suppressing the deterioration of the traveling performance of the vehicle 1. Although the recovery processing control of the second cell C2 has been described as an example, the same applies to the case where the recovery processing control of the first cell C1, the third cell C3, and the fourth cell C4 is executed.
After the lapse of the second cell recovery period, the recovery processing control of the first cell C1 is executed during the period from the third period T3 to the fourth period T4 (first cell recovery period) in the same manner as in the second cell recovery period. Here, the difference between the controls of the first cell recovery period and the second cell recovery period is that the voltage value of the first cell C1 is larger than the predetermined value at the third period T3, which is the beginning of the first cell recovery period. The points are that the recovery period of the first cell is shorter than the recovery period of the second cell and that the SOC of the battery 31 is equal to or higher than a certain value.

第3時期T1のとき、第1セルC1が硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過したと判別し(図5のステップS11でYes)、第1セルC1を要回復セルCcとして設定し(ステップS14)、第1セルC1の電圧値を記憶部84に記憶させる(ステップS16)。このように、硫黄被毒状態から回復してから一定時間経過したセルを要回復セルCcと設定して(ステップS14)回復処理制御(ステップS30)を実行することで、いずれのセルも電圧値が所定値より大きい場合であっても、各セルに回復処理制御を定期的に実行できる(ステップS15)。 At the time of the third period T1, it is determined that a certain time has passed since the first cell C1 recovered from the sulfur poisoned state (Yes in step S11 of FIG. 5), and the first cell C1 is set as the recovery required cell Cc. (Step S14), the voltage value of the first cell C1 is stored in the storage unit 84 (step S16). In this way, by setting the cell requiring recovery Cc for a certain period of time after recovering from the sulfur poisoned state (step S14) and executing the recovery processing control (step S30), all the cells have voltage values. Even when is larger than a predetermined value, recovery processing control can be periodically executed for each cell (step S15).

また、第1セルC1の電圧値を記憶部84に記憶させ(ステップS16)、第1セルC1の電圧値が所定値より高ければ高いほど設定時間Aを短時間に設定することで(図7のステップS32)、回復処理制御に要する時間を低減する、換言すると、第2セル回復期間と比較して第1セル回復期間を短くできる。
さらに、稼働セル設定制御(ステップS20)の際、バッテリ31のSOCが一定値以上であることを判別し(ステップS21でYes)、第1セルC1と近接する第2セルC2及び任意のセルとして第3セルC3を稼働させることで、第2セルC2が発電する際に生じる熱を第1セルC1に伝達させて回復処理の効率を向上させることや、回復処理制御によって発熱する第1セルC1の熱を利用して第2セルC2を温めることができる。また、バッテリ31のSOCが一定値以上のときは、車両1が減速する際に発電する所謂回生ブレーキによってバッテリを発電することが考えられる。
Further, the voltage value of the first cell C1 is stored in the storage unit 84 (step S16), and the higher the voltage value of the first cell C1 is, the shorter the setting time A is set (FIG. 7). Step S32), the time required for recovery processing control can be reduced, in other words, the recovery period of the first cell can be shortened as compared with the recovery period of the second cell.
Further, during the operation cell setting control (step S20), it is determined that the SOC of the battery 31 is equal to or higher than a certain value (Yes in step S21), and the second cell C2 adjacent to the first cell C1 and an arbitrary cell are used. By operating the third cell C3, the heat generated when the second cell C2 generates electricity is transferred to the first cell C1 to improve the efficiency of the recovery process, and the first cell C1 that generates heat by the recovery process control. The second cell C2 can be heated by utilizing the heat of. Further, when the SOC of the battery 31 is equal to or higher than a certain value, it is conceivable that the battery is generated by a so-called regenerative brake that generates electricity when the vehicle 1 decelerates.

したがって、第4セルC4を休止させて第2セルC2及び第3セルC3のみ稼働するようにしてバッテリ31のSOCが低下することを抑制しつつ、バッテリ31が満充電になることを抑制できる。
第1セル回復期間の経過後、第5時期T5から第6時期T6までの間(第3セル回復期間)、第2セル回復期間と同様に、第3セルC3の回復処理制御を実行する。ここで、第1セル回復期間と第3セル回復期間との各制御の違いは、第3セル回復期間の始期である第5時期T5のとき、バッテリ31のSOCが一定値以上である点にある。
Therefore, it is possible to prevent the battery 31 from being fully charged while suppressing the SOC of the battery 31 from being lowered by suspending the fourth cell C4 and operating only the second cell C2 and the third cell C3.
After the lapse of the first cell recovery period, the recovery processing control of the third cell C3 is executed during the period from the fifth period T5 to the sixth period T6 (third cell recovery period) in the same manner as in the second cell recovery period. Here, the difference between each control between the 1st cell recovery period and the 3rd cell recovery period is that the SOC of the battery 31 is equal to or higher than a certain value at the 5th period T5, which is the beginning of the 3rd cell recovery period. be.

第1セル回復期間の際の説明のように、稼働セル設定制御(ステップS20)の際、バッテリ31のSOCが一定値以上であることを判別し(ステップS21でYes)、第3セルC3と近接するセルを稼働させる。ここで、第3セルC3に隣接するセルは、第2セルC2及び第4セルC4である(図2参照)。したがって、第1セルC1を休止させて第2セルC2及び第4セルC4をさせることで、第2セルC2及び第4セルC4が発電する際に生じる熱を第3セルC3に伝達させて回復処理の効率を向上させることや、回復処理制御によって発熱する第3セルC3の熱を利用して第2セルC2及び第4セルC4を温めることができる。 As described during the first cell recovery period, during the operating cell setting control (step S20), it is determined that the SOC of the battery 31 is equal to or higher than a certain value (Yes in step S21), and the third cell C3 and Bring up adjacent cells. Here, the cells adjacent to the third cell C3 are the second cell C2 and the fourth cell C4 (see FIG. 2). Therefore, by suspending the first cell C1 and causing the second cell C2 and the fourth cell C4, the heat generated when the second cell C2 and the fourth cell C4 generate electricity is transferred to the third cell C3 for recovery. The processing efficiency can be improved, and the heat of the third cell C3 generated by the recovery processing control can be used to heat the second cell C2 and the fourth cell C4.

以上説明したように、本発明に係る燃料電池システム13では、水素を用いて発電する複数のセルC1〜C4を含む燃料電池21を有する燃料電池システム13であって、複数のセルのうち少なくともひとつのセルを稼働させる稼働セルCdの制御弁50D及びカソード出力スイッチ60D及びアノード出力スイッチ65Dと、複数のセルのうち少なくともひとつのセルに、硫黄被毒状態を正常な状態に回復させる回復処理を実行する要回復セルCcの制御弁50C、カソード出力スイッチ60C及びアノード出力スイッチ65Cと、複数のセルのうち回復処理の実行が必要なセルである要回復セルCcを選択する要回復セル設定部81と、複数のセルのうち要回復セルCc以外のセルの少なくともひとつのセルである稼働セルCdを選択する稼働セル設定部82と、要回復セルCcの制御弁50Cを制御して要回復セルCcに回復処理を実行する回復処理制御部86と、稼働セルCdの制御弁50Dを制御して稼働セルCdを稼働させる稼働制御部85と、を備える。 As described above, the fuel cell system 13 according to the present invention is a fuel cell system 13 having a fuel cell 21 including a plurality of cells C1 to C4 that generate power using hydrogen, and is at least one of the plurality of cells. The control valve 50D, the cathode output switch 60D, the anode output switch 65D, and at least one of the plurality of cells of the operating cell Cd that operates the cells of the above are subjected to a recovery process for recovering the sulfur poisoning state to a normal state. A control valve 50C, a cathode output switch 60C, and an anode output switch 65C of the recovery-requiring cell Cc, and a recovery-requiring cell setting unit 81 for selecting the recovery-requiring cell Cc, which is a cell that requires execution of recovery processing from a plurality of cells. , The operation cell setting unit 82 that selects the operating cell Cd, which is at least one cell other than the recovery-requiring cell Cc among the plurality of cells, and the control valve 50C of the recovery-requiring cell Cc are controlled to become the recovery-requiring cell Cc. It includes a recovery processing control unit 86 that executes recovery processing, and an operation control unit 85 that controls the control valve 50D of the operating cell Cd to operate the operating cell Cd.

従って、燃料電池21の複数のセルのうち、要回復セル設定部81により設定した要回復セルCcに回復処理を実行しつつ、稼働セル設定部82により設定した稼働セルCdを稼働するようにしたので、燃料電池21による発電を停止することなく、要回復セルCcの硫黄被毒状態を回復させることができる。
そして、複数のセルそれぞれの電圧値を検出する電圧センサ70を備え、要回復セル設定部81は、複数のセルのうち電圧センサ70によって検出される電圧値が所定値以下のセルを要回復セルCcとして選択し、回復処理を実行するようにしたので、硫黄被毒状態となることで電圧が低下したセルについて回復処理を実行できる。
Therefore, among the plurality of cells of the fuel cell 21, the recovery process is executed on the recovery-requiring cell Cc set by the recovery-requiring cell setting unit 81, and the operating cell Cd set by the operating cell setting unit 82 is operated. Therefore, the sulfur poisoned state of the recovery-requiring cell Cc can be recovered without stopping the power generation by the fuel cell 21.
A voltage sensor 70 that detects the voltage value of each of the plurality of cells is provided, and the recovery-requiring cell setting unit 81 sets the recovery-requiring cell among the plurality of cells in which the voltage value detected by the voltage sensor 70 is equal to or less than a predetermined value. Since the Cc is selected and the recovery process is executed, the recovery process can be executed for the cell whose voltage has dropped due to the sulfur poisoning state.

そして、複数のセルそれぞれの回復処理を最後にした時を記憶する記憶部84を備え、要回復セル設定部81は、複数のセルのうち記憶部84に記憶される回復処理を最後にした時から一定時間経過したセルを要回復セルCcとして選択し、回復処理を実行するようにしたので、経時的に硫黄被毒したセルの硫黄被毒を定期的に回復させることができる。
そして、回復処理制御部86は、回復処理を開始してから設定時間Aが経過すると該回復処理を終了するようにしたので、簡単な構成にして回復処理の終了時期を設定できる。
Then, a storage unit 84 that stores the time when the recovery process of each of the plurality of cells is last is provided, and the recovery-required cell setting unit 81 is when the recovery process stored in the storage unit 84 among the plurality of cells is last. Since the cell that has passed a certain period of time from the above is selected as the recovery-requiring cell Cc and the recovery process is executed, the sulfur poisoning of the cell that has been poisoned with sulfur over time can be recovered periodically.
Then, since the recovery processing control unit 86 ends the recovery processing when the set time A elapses after the recovery processing is started, the recovery processing can be set with a simple configuration to set the end time of the recovery processing.

また、複数のセルのそれぞれの電圧値を検出する電圧センサ70を備え、回復処理制御部86は、電圧センサ70によって検出される電圧値に応じて設定時間Aを変更するようにしたので、電圧が低下した度合から硫黄被毒の度合を推定し、必要充分な回復処理をできる。
そして、稼働セル設定部82は、要回復セルCcのうち少なくともひとつのセルを稼働セルCdによって挟むよう該稼働セルCdを選択するようにしたので、例えば稼働セルCdで発生する熱を利用して要回復セルCcを温めることや要回復セルCcで発生する熱を利用して稼働セルCdを温めることができる。
Further, a voltage sensor 70 for detecting the voltage value of each of the plurality of cells is provided, and the recovery processing control unit 86 changes the set time A according to the voltage value detected by the voltage sensor 70. The degree of sulfur poisoning can be estimated from the degree of decrease in the voltage, and the necessary and sufficient recovery treatment can be performed.
Then, the operating cell setting unit 82 selects the operating cell Cd so that at least one of the recovery-required cells Cc is sandwiched between the operating cells Cd. Therefore, for example, the heat generated in the operating cell Cd is used. The operating cell Cd can be warmed by warming the recovery-requiring cell Cc or using the heat generated in the recovery-requiring cell Cc.

そして、燃料電池21によって発電される電力を蓄電するバッテリ31を備え、燃料電池システム13は、バッテリ31を介して電力を出力するようにしたので、回復処理を実行することにより、一時的に燃料電池21の出力が低下した場合であっても、バッテリ31に蓄電された電力を出力できる。
以上で本発明に係る燃料電池システムの説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
A battery 31 for storing the electric power generated by the fuel cell 21 is provided, and the fuel cell system 13 outputs the electric power via the battery 31. Therefore, by executing the recovery process, the fuel is temporarily fueled. Even when the output of the battery 21 is reduced, the power stored in the battery 31 can be output.
The description of the fuel cell system according to the present invention is completed above, but the present invention is not limited to the above embodiment and can be changed without departing from the gist of the present invention.

例えば、本実施形態では、本発明に係る燃料電池システム13をFCVである車両1に搭載するようにしたが、鉄道車両や船舶、飛行体に使用するようにしてもよい。
また、本実施形態では、硫黄被毒したセルの特性回復について説明したが、一酸化炭素による被毒に対する特性回復であってもよく、セルの特性を回復させるために当該セルからの放電を停止させる場合に適用可能な技術である。
For example, in the present embodiment, the fuel cell system 13 according to the present invention is mounted on the vehicle 1 which is an FCV, but it may be used for a railroad vehicle, a ship, or an air vehicle.
Further, in the present embodiment, the recovery of the characteristics of the sulfur-poisoned cell has been described, but the recovery of the characteristics against the poisoning by carbon monoxide may be used, and the discharge from the cell is stopped in order to recover the characteristics of the cell. It is a technology that can be applied when making it.

また、本実施形態では、硫黄被毒の回復処理制御として、要回復セルCcの制御弁50Cをすべて開弁することで水素及び空気の流量を増加させて要回復セルCcにおける発電を促進して電位を高めるようにしたが(ステップS31)、例えばアノードセパレータ41に酸素を、カソードセパレータ42に水素をそれぞれ供給可能な回路を別途設け、先に要回復セルCcの制御弁50Cをすべて閉弁してアノードセパレータ41及びカソードセパレータ42内の水素及び酸素を消費したあと、アノードセパレータ41に酸素を、カソードセパレータ42に水素をそれぞれ供給してアノードセパレータ41及びカソードセパレータ42の特性を回復させるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, as the recovery treatment control of sulfur poisoning, the flow rate of hydrogen and air is increased by opening all the control valves 50C of the recovery-requiring cell Cc to promote the power generation in the recovery-requiring cell Cc. Although the potential was increased (step S31), for example, a circuit capable of supplying oxygen to the anode separator 41 and hydrogen to the cathode separator 42 was separately provided, and all the control valves 50C of the recovery cell Cc were closed first. After consuming hydrogen and oxygen in the anode separator 41 and the cathode separator 42, oxygen is supplied to the anode separator 41 and hydrogen is supplied to the cathode separator 42, respectively, so that the characteristics of the anode separator 41 and the cathode separator 42 are restored. May be good.

また、上記のように、先に要回復セルCcの制御弁50Cをすべて閉弁してアノードセパレータ41及びカソードセパレータ42内の水素及び酸素を消費してから、アノードセパレータ41に酸素を、カソードセパレータ42に水素をそれぞれ供給することで、逆電流が発生して膜電極接合体43の触媒層43bが劣化することを抑制できる。
また、本実施形態では、各フローを用いて制御態様を説明したが、これらフローの順番は一例であり、本発明を実施可能な程度に順番を入れ替えるようにしてもよい。
Further, as described above, first, all the control valves 50C of the recovery-required cell Cc are closed to consume the hydrogen and oxygen in the anode separator 41 and the cathode separator 42, and then oxygen is applied to the anode separator 41 and the cathode separator. By supplying hydrogen to each of the 42, it is possible to suppress the generation of a reverse current and the deterioration of the catalyst layer 43b of the membrane electrode assembly 43.
Further, in the present embodiment, the control mode has been described using each flow, but the order of these flows is an example, and the order may be changed to the extent that the present invention can be carried out.

1 車両
13 燃料電池システム
21 燃料電池
50C 要回復セルの制御弁(回復処理装置)
50D 稼働セルの制御弁(稼働装置)
60C 要回復セルのカソード出力スイッチ(回復処理装置)
60D 稼働セルのカソード出力スイッチ(稼働装置)
65C 要回復セルのアノード出力スイッチ(回復処理装置)
65D 稼働セルのアノード出力スイッチ(稼働装置)
70 電圧センサ(電圧検出部)
81 要回復セル設定部(要回復セル選択部)
82 稼働セル設定部(稼働セル選択部)
85 稼働制御部
86 回復処理制御部
Cc 要回復セル
Cd 稼働セル
1 Vehicle 13 Fuel cell system 21 Fuel cell 50C Control valve (recovery processing device) for cell requiring recovery
Control valve (operating device) of 50D operating cell
60C Cathode output switch for cell requiring recovery (recovery processing device)
Cathode output switch (operating device) of 60D operating cell
65C Anode output switch for cell requiring recovery (recovery processing device)
Anode output switch (operating device) of 65D operating cell
70 Voltage sensor (voltage detector)
81 Recovery-required cell setting unit (recovery-required cell selection unit)
82 Working cell setting unit (Operating cell selection unit)
85 Operation control unit 86 Recovery processing control unit Cc Recovery required cell Cd Operation cell

Claims (7)

燃料を用いて発電する複数のセルを含む燃料電池を有する燃料電池システムであって、
前記複数のセルのうち少なくともひとつのセルを稼働させる稼働装置と、
前記複数のセルのうち少なくともひとつのセルに、被毒状態を正常な状態に回復させる回復処理を実行する回復処理装置と、
前記複数のセルのうち前記回復処理の実行が必要なセルである要回復セルを選択する要回復セル選択部と、
前記複数のセルのうち前記要回復セル以外のセルの少なくともひとつのセルである稼働セルを選択する稼働セル選択部と、
前記回復処理装置を制御して前記要回復セルに前記回復処理を実行する回復処理制御部と、
前記稼働装置を制御して前記稼働セルを稼働させる稼働制御部と、
を備える燃料電池システム。
A fuel cell system having a fuel cell containing a plurality of cells that generate electricity using fuel.
An operating device that operates at least one of the plurality of cells,
A recovery processing device that executes a recovery process for recovering the poisoned state to a normal state in at least one of the plurality of cells, and a recovery processing device.
A recovery-requiring cell selection unit that selects a recovery-requiring cell that is a cell that requires execution of the recovery processing among the plurality of cells, and a recovery-requiring cell selection unit.
An operating cell selection unit that selects an operating cell that is at least one cell other than the recovery-requiring cell among the plurality of cells.
A recovery processing control unit that controls the recovery processing device and executes the recovery processing in the recovery-required cell.
An operation control unit that controls the operation device to operate the operation cell,
Fuel cell system with.
前記複数のセルそれぞれの電圧値を検出する電圧検出部を備え、
前記要回復セル選択部は、前記複数のセルのうち前記電圧検出部によって検出される前記電圧値が所定値以下のセルを前記要回復セルとして選択する、請求項1に記載の燃料電池システム。
A voltage detection unit for detecting the voltage value of each of the plurality of cells is provided.
The fuel cell system according to claim 1, wherein the recovery-requiring cell selection unit selects a cell whose voltage value detected by the voltage detection unit is equal to or less than a predetermined value among the plurality of cells as the recovery-requiring cell.
前記複数のセルそれぞれの前記回復処理を最後にした時を記憶する記憶部を備え、
前記要回復セル選択部は、前記複数のセルのうち前記記憶部に記憶される前記回復処理を最後にした時から一定時間経過したセルを前記要回復セルとして選択する、請求項1または2に記載の燃料電池システム。
A storage unit for storing the last time of the recovery process of each of the plurality of cells is provided.
2. The fuel cell system described.
前記回復処理制御部は、前記回復処理を開始してから所定時間が経過すると該回復処理を終了する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the recovery processing control unit ends the recovery processing when a predetermined time elapses from the start of the recovery processing. 前記複数のセルのそれぞれの電圧値を検出する電圧検出部を備え、
前記回復処理制御部は、前記電圧検出部によって検出される前記電圧値に応じて前記所定時間を変更する、請求項4に記載の燃料電池システム。
A voltage detection unit for detecting the voltage value of each of the plurality of cells is provided.
The fuel cell system according to claim 4, wherein the recovery processing control unit changes the predetermined time according to the voltage value detected by the voltage detection unit.
前記稼働セル選択部は、前記要回復セルのうち少なくともひとつのセルを前記稼働セルによって挟むよう該稼働セルを選択する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the operating cell selection unit selects the operating cell so that at least one of the recovery-requiring cells is sandwiched between the operating cells. 前記燃料電池によって発電される電力を蓄電するバッテリを備え、
前記燃料電池システムは、前記バッテリを介して電力を出力する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
A battery for storing electric power generated by the fuel cell is provided.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell system outputs electric power through the battery.
JP2020044866A 2020-03-16 2020-03-16 fuel cell system Active JP7401849B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020044866A JP7401849B2 (en) 2020-03-16 2020-03-16 fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020044866A JP7401849B2 (en) 2020-03-16 2020-03-16 fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021150005A true JP2021150005A (en) 2021-09-27
JP7401849B2 JP7401849B2 (en) 2023-12-20

Family

ID=77849192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020044866A Active JP7401849B2 (en) 2020-03-16 2020-03-16 fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7401849B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004146209A (en) * 2002-10-24 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell power generation system
JP2005527943A (en) * 2002-03-29 2005-09-15 エストコ バッテリー マネージメント インコーポレイテッド Fuel cell health management system
US20070020491A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Michael Ogburn Stoichiometric control methodology for fuel cell systems
JP2010040426A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system, and recovering method of characteristics of fuel cell
JP2012138176A (en) * 2010-12-24 2012-07-19 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005527943A (en) * 2002-03-29 2005-09-15 エストコ バッテリー マネージメント インコーポレイテッド Fuel cell health management system
JP2004146209A (en) * 2002-10-24 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell power generation system
US20070020491A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Michael Ogburn Stoichiometric control methodology for fuel cell systems
JP2010040426A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system, and recovering method of characteristics of fuel cell
JP2012138176A (en) * 2010-12-24 2012-07-19 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP7401849B2 (en) 2023-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4888519B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
CN102664278B (en) Fuel cell system
JP4905847B2 (en) Fuel cell system
JP5622693B2 (en) Fuel cell vehicle
JP5850133B2 (en) Fuel cell system
CN104205454B (en) Fuel cell system
CN104285326B (en) Fuel cell system
US10122037B2 (en) Method for controlling an operating point change of a fuel cell stack and a fuel cell system
JP4332568B2 (en) Mobile device
US7776481B2 (en) Fuel cell system and method of controlling electrical energy discharged in the fuel cell system
JP4930846B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2007103115A (en) Fuel cell system
JP2017152079A (en) Power-supply method and power-supply system
JP2004253220A (en) Control device of fuel cell vehicle
JP5867360B2 (en) Fuel cell system and method
JP6489028B2 (en) Fuel cell system and catalyst recovery processing method in fuel cell system
US11515551B2 (en) Fuel cell recovery control system and method
JP2013258038A (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2017117599A (en) Fuel cell system for electric vehicle
JP7401849B2 (en) fuel cell system
JP5725423B2 (en) Fuel cell system
JP2018147615A (en) Fuel cell system
JP5773278B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP7525821B2 (en) Fuel Cell Systems
JP2020025426A (en) Electric vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231025

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231121

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7401849

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151