JP2022162240A

JP2022162240A - fuel cell system

Info

Publication number: JP2022162240A
Application number: JP2021066952A
Authority: JP
Inventors: 亮森田; Akira Morita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-24

Abstract

To provide a fuel cell system capable of identifying the stacking position of a cross-leak cell when cross-leak occurs in a stack.SOLUTION: In a fuel cell system, a controller fills an anode and a cathode with fuel gas when power generation of a fuel cell stack is stopped, and when power generation of the fuel cell stack is started, the controller supplies the fuel gas to the anode at a predetermined flow rate, supplies an oxidant gas to the cathode at a predetermined flow rate, and determines whether an oxygen concentration measured by an oxygen concentration sensor has increased to a predetermined concentration or higher. When it is determined that the oxygen concentration has increased to the predetermined concentration or higher, the controller determines that a cross-leak has occurred in the fuel cell stack, and collates a time-concentration increase profile of the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor with a predetermined data group to estimate the position in a stacking direction of a unit cell in which the cross-leak of the fuel cell stack has occurred.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

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

燃料電池（ＦＣ）は、１つの単セル（以下、セルと記載する場合がある）又は複数の単セルを積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）で構成され、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとの電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、実際に燃料電池に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスは、酸化・還元に寄与しないガスとの混合物である場合が多い。特に酸化剤ガスは酸素を含む空気である場合が多い。
なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。また、単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。
膜電極接合体は、固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層（ＧＤＬ、以下単に拡散層と記載する場合がある）が順に形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称される場合がある。
単セルは、必要に応じて当該膜電極ガス拡散層接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを有する。セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは電子伝導性を持ち、発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される燃料ガスとしての水素（Ｈ_２）が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ_２）は、カソードの触媒層でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。 A fuel cell (FC) is composed of one single cell (hereinafter sometimes referred to as a cell) or a fuel cell stack (hereinafter sometimes simply referred to as a stack) in which a plurality of single cells are stacked, and hydrogen It is a power generation device that extracts electrical energy through an electrochemical reaction between a fuel gas such as gas and an oxidant gas such as oxygen. It should be noted that the fuel gas and oxidant gas that are actually supplied to the fuel cell are often mixtures with gases that do not contribute to oxidation/reduction. In particular, the oxidant gas is often air containing oxygen.
In the following, the fuel gas and the oxidant gas may be simply referred to as "reactant gas" or "gas" without particular distinction. Also, both a single cell and a fuel cell stack in which single cells are stacked may be referred to as a fuel cell.
A single cell of this fuel cell usually includes a membrane electrode assembly (MEA).
A membrane electrode assembly has a catalyst layer and a gas diffusion layer (GDL, hereinafter sometimes simply referred to as a diffusion layer) on both sides of a polymer electrolyte membrane (hereinafter also simply referred to as "electrolyte membrane"). It has a structure formed in order. Therefore, the membrane electrode assembly is sometimes called a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA).
A single cell has two separators sandwiching both sides of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, if necessary. The separator usually has a structure in which grooves are formed as flow paths for the reaction gas on the surface in contact with the gas diffusion layer. This separator has electronic conductivity and also functions as a current collector for the generated electricity.
At the fuel electrode (anode) of the fuel cell, hydrogen (H ₂ ) as fuel gas supplied from the gas flow path and the gas diffusion layer is protonated by the catalytic action of the catalyst layer, passes through the electrolyte membrane, and reaches the oxidant electrode ( cathode). The co-generated electrons do work through an external circuit and travel to the cathode. Oxygen (O ₂ ) as an oxidant gas supplied to the cathode reacts with protons and electrons in the catalyst layer of the cathode to produce water. The produced water gives moderate humidity to the electrolyte membrane, and excess water permeates the gas diffusion layer and is discharged out of the system.

燃料電池車両（以下車両と記載する場合がある）に車載されて用いられる燃料電池システムに関して種々の研究がなされている。
例えば特許文献１では、燃料電池のカソードから排出される排気ガス中の水素濃度を正確に推定可能とする燃料電池システムが開示されている。 Various studies have been made on fuel cell systems mounted on fuel cell vehicles (hereinafter sometimes referred to as vehicles).
For example, Patent Literature 1 discloses a fuel cell system capable of accurately estimating the hydrogen concentration in the exhaust gas discharged from the cathode of the fuel cell.

特許文献２では、単一の燃料ガス濃度センサによりクロスリークを精度よく検出することが可能な燃料電池システムを制御する制御装置が開示されている。 Patent Literature 2 discloses a control device for controlling a fuel cell system capable of accurately detecting cross-leakage with a single fuel gas concentration sensor.

特許文献３では、燃料電池スタックから排出された空気中の水素濃度に基づいてクロスリークの発生を検出することによって、簡単な構成でクロスリークの発生を早期に検出することができ、クロスリークに対する適切な動作を行うことができ、燃料電池スタックの性能の低下を防止することができ、高濃度の水素ガスを放出することを防止することができるようにする燃料電池システムが開示されている。 In Patent Document 3, by detecting the occurrence of cross-leak based on the concentration of hydrogen in the air discharged from the fuel cell stack, the occurrence of cross-leak can be detected early with a simple configuration. Disclosed is a fuel cell system that can operate properly, prevent deterioration of the performance of the fuel cell stack, and prevent the release of high-concentration hydrogen gas.

特開２００６－１７９２２４号公報JP 2006-179224 A 特開２０１２－２０９１５４号公報JP 2012-209154 A 特開２００６－１２０３７５号公報JP 2006-120375 A

燃料電池では、アノード側の燃料ガスとカソード側の酸化剤ガスとは電解質膜によって分離されているが、一部の燃料ガスはアノード側からカソード側に透過し、一部の酸化剤ガスは、逆にカソード側からアノード側に電解質膜を透過している。電解質膜を透過するガスの量、すなわちクロスリーク量は、電解質膜の劣化が進むにつれて増大し、燃料電池の発電性能が低下してしまう。したがって、燃料電池においては、クロスリーク量を把握しておくことが重要である。
上記特許文献１もスタックがクロスリークしているかどうかを判定することは可能であるが、スタック（セル積層体）の中のどのセルがクロスリークしているのか、その積層位置を特定するには、各セルの直後に各々水素燃焼機を取り付ける必要があり、コスト・搭載面で背反がある。また個々のセルに電圧センサを設けることでの検知も可能ではあるが、こちらもコスト・搭載面で背反がある。クロスリークによりセルの交換が必要になった場合、セルの特定ができないと、交換の必要がないセルも含めて交換しなければならなくなり、資源的なロスが大きくなる。 In a fuel cell, the fuel gas on the anode side and the oxidant gas on the cathode side are separated by an electrolyte membrane, but part of the fuel gas permeates from the anode side to the cathode side, Conversely, it passes through the electrolyte membrane from the cathode side to the anode side. The amount of gas that permeates the electrolyte membrane, that is, the amount of cross leak, increases as the electrolyte membrane deteriorates, and the power generation performance of the fuel cell deteriorates. Therefore, in a fuel cell, it is important to grasp the amount of cross leak.
Although it is also possible to determine whether or not the stack is cross-leaking in the above-mentioned Patent Document 1, it is necessary to specify which cell in the stack (cell stack) is cross-leaking and to specify the stacking position. , It is necessary to install a hydrogen burner immediately after each cell, which is a contradiction in terms of cost and installation. Also, although it is possible to detect by providing a voltage sensor for each cell, there is also a trade-off in terms of cost and installation. When cells need to be replaced due to cross-leakage, if the cells cannot be specified, they will have to be replaced, including cells that do not need to be replaced, resulting in a large loss of resources.

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スタック内でクロスリークが発生した場合にクロスリークしたセルの積層位置を特定することができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present disclosure is to provide a fuel cell system that can identify the stacking position of the cross-leak cell when cross-leak occurs in the stack. .

本開示の燃料電池システムは、燃料電池システムであって、
複数の単セルが積層された積層体である燃料電池スタックと、
燃料ガスを前記燃料電池スタックのアノードに供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部と前記燃料電池スタックのアノード入口とを接続する燃料ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックのアノード出口から排出される燃料オフガスを前記燃料電池システムの外部に排出するための燃料オフガス排出流路と、
酸化剤ガスを前記燃料電池スタックのカソードに供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部と前記燃料電池スタックのカソード入口とを接続する酸化剤ガス供給流路と、
前記燃料電池スタックのカソード出口から排出される酸化剤オフガスの外部への排出を可能にする酸化剤オフガス排出流路と、
前記燃料ガス供給流路に配置される燃料ガス供給弁と、
前記燃料オフガス排出流路に配置される燃料オフガス排出弁と、
前記酸化剤ガス供給流路に配置される酸化剤ガス供給弁と、
前記酸化剤ガス排出流路に配置される酸化剤オフガス排出弁と、
前記燃料オフガス排出流路に配置される酸素濃度センサと、
制御部と、を備え、
制御部は、前記燃料ガスの前記燃料電池スタックの前記アノードへの供給量及び前記燃料オフガスの前記外部への排出量を制御することにより前記燃料電池スタックの前記アノードの圧力を制御し、且つ、前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックの前記カソードへの供給量及び前記酸化剤オフガスの前記外部への排出量を制御することにより前記燃料電池スタックの前記カソードの圧力を制御し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックのクロスリークした単セルの積層方向の位置と、前記燃料オフガス排出流路における酸素濃度が増加する時間との相関を示すデータ群を予め記憶し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時に、前記アノードに前記燃料ガスを供給した後、前記燃料ガス供給弁と、前記燃料オフガス排出弁と、前記酸化剤ガス供給弁と、前記酸化剤オフガス排出弁を閉じて、前記アノードと前記カソードに前記燃料ガスを充填し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電開始時に、前記アノードに前記燃料ガスを所定流量で供給し、且つ、前記カソードに前記酸化剤ガスを所定流量で供給し、
前記制御部は、前記酸素濃度センサで計測された酸素濃度が所定の濃度以上に増加しているか否か判定し、
前記制御部は、前記酸素濃度が所定の濃度以上に増加していると判定したとき、前記燃料電池スタックの前記クロスリークが発生していると判定し、
前記制御部は、前記酸素濃度センサで計測された前記酸素濃度の時間－濃度増加プロファイルと、前記データ群とを照合し、前記燃料電池スタックの前記クロスリークが発生している単セルの積層方向の位置を推定することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system of the present disclosure is a fuel cell system,
a fuel cell stack, which is a laminate in which a plurality of single cells are laminated;
a fuel gas supply unit for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell stack;
a fuel gas supply channel connecting the fuel gas supply unit and an anode inlet of the fuel cell stack;
a fuel off-gas discharge channel for discharging the fuel off-gas discharged from the anode outlet of the fuel cell stack to the outside of the fuel cell system;
an oxidant gas supply unit that supplies an oxidant gas to the cathode of the fuel cell stack;
an oxidant gas supply channel connecting the oxidant gas supply unit and a cathode inlet of the fuel cell stack;
an oxidant off-gas discharge channel that allows the oxidant off-gas discharged from the cathode outlet of the fuel cell stack to be discharged to the outside;
a fuel gas supply valve arranged in the fuel gas supply channel;
a fuel off-gas discharge valve arranged in the fuel off-gas discharge flow path;
an oxidant gas supply valve disposed in the oxidant gas supply channel;
an oxidant off-gas discharge valve disposed in the oxidant gas discharge channel;
an oxygen concentration sensor arranged in the fuel off-gas discharge channel;
a control unit;
The control unit controls the pressure of the anode of the fuel cell stack by controlling the amount of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell stack and the amount of the fuel off-gas discharged to the outside, and controlling the pressure of the cathode of the fuel cell stack by controlling the amount of the oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell stack and the amount of the oxidant off-gas discharged to the outside;
The control unit pre-stores a data group indicating the correlation between the positions in the stacking direction of the cross-leak single cells of the fuel cell stack and the time at which the oxygen concentration in the fuel off-gas discharge passage increases,
After supplying the fuel gas to the anode when the power generation of the fuel cell stack is stopped, the control unit controls the fuel gas supply valve, the fuel off-gas discharge valve, the oxidant gas supply valve, and the oxidant gas. closing an off-gas discharge valve to fill the anode and the cathode with the fuel gas;
The control unit supplies the fuel gas to the anode at a predetermined flow rate and the oxidant gas to the cathode at a predetermined flow rate at the start of power generation of the fuel cell stack,
The control unit determines whether the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor has increased to a predetermined concentration or higher,
When determining that the oxygen concentration has increased to a predetermined concentration or more, the control unit determines that the cross leak of the fuel cell stack has occurred,
The control unit compares the time-concentration increase profile of the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor with the data group, and determines the stacking direction of the single cell in which the cross leak occurs in the fuel cell stack. A fuel cell system characterized by estimating the position of the

本開示の燃料電池システムによれば、スタック内でクロスリークが発生した場合にクロスリークしたセルの積層位置を特定することができる。 According to the fuel cell system of the present disclosure, when cross-leak occurs in the stack, it is possible to specify the stacked position of the cross-leak cell.

図１は、燃料電池スタックの燃料ガスとしての水素の流れの一例を示す模式図（上図）と対応するセルの位置のＡｎ出口Ｏ_２濃度と時間との関係の一例を示す図（下図）である。FIG. 1 is a schematic diagram (upper diagram) showing an example of the flow of hydrogen as fuel gas in a fuel cell stack, and a diagram (lower diagram) showing an example of the relationship between the An outlet _O2 concentration and time at the corresponding cell position. is. 図２は、クロスリークを起こしたセルの位置とＡｎ出口Ｏ_２濃度の増加する時間との関係の一例を示すＭａｐである。FIG. 2 is a map showing an example of the relationship between the position of the cross-leak cell and the time at which the An outlet O ₂ concentration increases. 図３は、本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the fuel cell system of the present disclosure. 図４は、本開示の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flow chart showing an example of control of the fuel cell system of the present disclosure.

図１は、燃料電池スタックの燃料ガスとしての水素の流れの一例を示す模式図（上図）と対応するセルの位置のＡｎ出口Ｏ_２濃度と時間との関係の一例を示す図（下図）である。
クロスリークを起こしているセルからのアノード出口からの排気Ｏ_２量が大きいことを利用し、スタックのアノード出口のＯ_２が増加する時間を測定することで、クロスリークを起こしているセルの積層位置を把握することができる。
本開示の燃料電池システムによれば、スタックのどの位置のセルでクロスリークが発生しているかを、スタックの発電開始時のアノード出口での酸素濃度変化の傾きが大きくなる時間を検出することで、推定する。
上記システムによれば、セルをモニタリングする装置を付加することなく、スタック内でセルがクロスリークした場合のセル位置を特定することができ、また今後電圧センサを省略する場合の弊害を低減することも可能としたうえで、セルの交換が必要となる場面で、交換の必要があるセルとないセルとの分別が可能となり、必要以上のセル交換による資源的なロスを免れることができる。 FIG. 1 is a schematic diagram (upper diagram) showing an example of the flow of hydrogen as fuel gas in a fuel cell stack, and a diagram (lower diagram) showing an example of the relationship between the An outlet _O2 concentration and time at the corresponding cell position. is.
Using the fact that the amount of _O2 exhausted from the anode outlet of the cell causing crossleakage is large, by measuring the time for _O2 at the anode outlet of the stack to increase, the stacking of cells causing crossleakage It is possible to grasp the position.
According to the fuel cell system of the present disclosure, the position of the cell in the stack where the cross-leak occurs is detected by detecting the time at which the slope of the oxygen concentration change at the anode outlet at the start of power generation of the stack increases. ,presume.
According to the above system, it is possible to specify the cell position in the case where the cell cross-leaks in the stack without adding a device for monitoring the cell, and it is possible to reduce the adverse effect when the voltage sensor is omitted in the future. In addition, when cells need to be replaced, it is possible to distinguish between cells that need to be replaced and those that do not, thereby avoiding loss of resources due to excessive cell replacement.

本開示においては、燃料ガス、及び、酸化剤ガスをまとめて反応ガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガスであり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガスである。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは酸素、空気、乾燥空気等であってもよい。
本開示において、不純物とは、窒素、一酸化炭素、及び、硫化水素等であってもよい。 In the present disclosure, fuel gas and oxidant gas are collectively referred to as reaction gas. The reactant gas supplied to the anode is fuel gas, and the reactant gas supplied to the cathode is oxidant gas. The fuel gas is a gas containing primarily hydrogen and may be hydrogen. The oxidant gas may be oxygen, air, dry air, or the like.
In the present disclosure, impurities may be nitrogen, carbon monoxide, hydrogen sulfide, and the like.

本開示の燃料電池システムは、通常、駆動源として電動機を有する車両に搭載されて用いられる。
また、本開示の燃料電池システムは、二次電池の電力でも走行可能な車両に搭載されて用いられてもよい。
電動機は、特に限定されず、従来公知の駆動モータであってもよい。
車両は、燃料電池車両であってもよい。
車両は、本開示の燃料電池システムを備えていてもよい。 The fuel cell system of the present disclosure is usually used by being mounted on a vehicle having an electric motor as a drive source.
Also, the fuel cell system of the present disclosure may be used by being mounted on a vehicle that can run on the power of a secondary battery.
The electric motor is not particularly limited, and may be a conventionally known drive motor.
The vehicle may be a fuel cell vehicle.
A vehicle may include the fuel cell system of the present disclosure.

本開示の燃料電池システムは、燃料電池スタックを備える。
燃料電池スタックは、単セルを複数個積層した積層体である。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよく、２～４００個であってもよく、２～３００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。 A fuel cell system of the present disclosure includes a fuel cell stack.
A fuel cell stack is a laminate obtained by stacking a plurality of unit cells.
The number of stacked single cells is not particularly limited, and may be, for example, 2 to several hundred, 2 to 400, or 2 to 300.
The fuel cell stack may have end plates at both ends in the stacking direction of the unit cells.

燃料電池の単セルは、少なくとも膜電極ガス拡散層接合体を備える。
膜電極ガス拡散層接合体は、アノード側ガス拡散層及び、アノード触媒層及び、電解質膜及び、カソード触媒層及び、カソード側ガス拡散層をこの順に有する。 A single cell of a fuel cell comprises at least a membrane electrode gas diffusion layer assembly.
The membrane electrode gas diffusion layer assembly has an anode-side gas diffusion layer, an anode catalyst layer, an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer, and a cathode-side gas diffusion layer in this order.

カソード（Ｃａ：酸化剤極）は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード（Ａｎ：燃料極）は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。また、アノード触媒およびカソード触媒としては、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）などが挙げられ、触媒を担持する母材および導電材としては、例えば、カーボンなどの炭素材料等が挙げられる。 The cathode (Ca: oxidant electrode) includes a cathode catalyst layer and a cathode-side gas diffusion layer.
The anode (An: fuel electrode) includes an anode catalyst layer and an anode-side gas diffusion layer.
The cathode catalyst layer and the anode catalyst layer are collectively referred to as catalyst layers. Examples of the anode catalyst and the cathode catalyst include Pt (platinum) and Ru (ruthenium). Examples of the base material and conductive material that support the catalyst include carbon materials such as carbon.

カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層と称する。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。 The cathode-side gas diffusion layer and the anode-side gas diffusion layer are collectively referred to as gas diffusion layers.
The gas diffusion layer may be a conductive member or the like having gas permeability.
Examples of the conductive member include porous carbon bodies such as carbon cloth and carbon paper, and porous metal bodies such as metal mesh and metal foam.

電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。 The electrolyte membrane may be a solid polymer electrolyte membrane. Examples of solid polymer electrolyte membranes include fluorine-based electrolyte membranes such as perfluorosulfonic acid thin films containing water, and hydrocarbon-based electrolyte membranes. As the electrolyte membrane, for example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) may be used.

単セルは、必要に応じて膜電極ガス拡散層接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。２枚のセパレータは、一方がアノード側セパレータであり、もう一方がカソード側セパレータである。本開示では、アノード側セパレータとカソード側セパレータとをまとめてセパレータという。
セパレータは、反応ガス及び冷媒を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。冷媒としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがアノード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、アノード側セパレータは、アノード側ガス拡散層に接する面に燃料ガス供給孔から燃料ガス排出孔に燃料ガスを流す燃料ガス流路を有していてもよく、アノード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータがカソード側セパレータである場合は、１つ以上の燃料ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス供給孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒供給孔を有していてもよく、１つ以上の燃料ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の酸化剤ガス排出孔を有していてもよく、１つ以上の冷媒排出孔を有していてもよく、カソード側セパレータは、カソード側ガス拡散層に接する面に酸化剤ガス供給孔から酸化剤ガス排出孔に酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路を有していてもよく、カソード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に冷媒供給孔から冷媒排出孔に冷媒を流す冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。 A single cell may be provided with two separators sandwiching both sides of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, if necessary. One of the two separators is an anode separator and the other is a cathode separator. In the present disclosure, the anode side separator and the cathode side separator are collectively referred to as separators.
The separator may have supply holes and discharge holes for circulating the reactant gas and coolant in the stacking direction of the unit cells. As the coolant, for example, a mixed solution of ethylene glycol and water can be used to prevent freezing at low temperatures.
The supply holes include a fuel gas supply hole, an oxidant gas supply hole, a coolant supply hole, and the like.
Examples of the discharge holes include a fuel gas discharge hole, an oxidant gas discharge hole, a refrigerant discharge hole, and the like.
The separator may have one or more fuel gas supply holes, one or more oxidant gas supply holes, and one or more refrigerant supply holes. , may have one or more fuel gas discharge holes, may have one or more oxidant gas discharge holes, and may have one or more refrigerant discharge holes.
The separator may have reaction gas channels on the surface in contact with the gas diffusion layer. Moreover, the separator may have a coolant channel for keeping the temperature of the fuel cell constant on the surface opposite to the surface in contact with the gas diffusion layer.
When the separator is the anode-side separator, it may have one or more fuel gas supply holes, one or more oxidant gas supply holes, and one or more coolant supply holes. , may have one or more fuel gas discharge holes, may have one or more oxidant gas discharge holes, and may have one or more refrigerant discharge holes The anode-side separator may have a fuel gas channel for flowing fuel gas from the fuel gas supply hole to the fuel gas discharge hole on the surface in contact with the anode-side gas diffusion layer. The surface opposite to the surface in contact with the layer may have a coolant channel through which the coolant flows from the coolant supply hole to the coolant discharge hole.
When the separator is a cathode-side separator, it may have one or more fuel gas supply holes, one or more oxidant gas supply holes, and one or more coolant supply holes. , may have one or more fuel gas discharge holes, may have one or more oxidant gas discharge holes, and may have one or more refrigerant discharge holes The cathode-side separator may have an oxidizing gas channel for flowing the oxidizing gas from the oxidizing gas supply hole to the oxidizing gas discharge hole on the surface in contact with the cathode-side gas diffusion layer, The surface opposite to the surface in contact with the cathode-side gas diffusion layer may have a coolant channel for flowing the coolant from the coolant supply hole to the coolant discharge hole.
The separator may be a gas-impermeable conductive member or the like. The conductive member may be, for example, dense carbon that is gas-impermeable by compressing carbon, or a press-molded metal (eg, iron, aluminum, stainless steel, etc.) plate. Also, the separator may have a current collecting function.

燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷媒入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷媒出口マニホールド等が挙げられる。 The fuel cell stack may have manifolds such as an inlet manifold with which each supply hole communicates and an outlet manifold with which each discharge hole communicates.
The inlet manifold includes an anode inlet manifold, a cathode inlet manifold, a coolant inlet manifold, and the like.
The outlet manifold includes an anode outlet manifold, a cathode outlet manifold, a coolant outlet manifold, and the like.

燃料電池システムは、燃料電池の燃料ガス系として、燃料ガス供給部と、燃料ガス供給流路と、燃料オフガス排出流路と、燃料ガス供給弁と、燃料オフガス排出弁と、を備える。 The fuel cell system includes, as a fuel gas system of the fuel cell, a fuel gas supply section, a fuel gas supply channel, a fuel offgas discharge channel, a fuel gas supply valve, and a fuel offgas discharge valve.

燃料ガス供給部は、燃料ガスを燃料電池スタックのアノードに供給する。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。 The fuel gas supply unit supplies fuel gas to the anode of the fuel cell stack.
Examples of the fuel gas supply unit include fuel tanks, and more specifically, liquid hydrogen tanks, compressed hydrogen tanks, and the like.

燃料ガス供給流路は、燃料ガス供給部と燃料電池スタックのアノード入口とを接続する。アノード入口は、燃料ガス供給孔、アノード入口マニホールド等であってもよい。 The fuel gas supply channel connects the fuel gas supply section and the anode inlet of the fuel cell stack. The anode inlet may be a fuel gas feed hole, an anode inlet manifold, or the like.

燃料ガス供給弁は、燃料ガス供給流路に配置される。
燃料ガス供給弁は、制御部と電気的に接続される。燃料ガス供給弁は、制御部からの制御信号に従って、その開閉が制御されることにより燃料ガスの燃料電池スタックへの供給のＯＮ／ＯＦＦが制御されてもよい。燃料ガス供給弁は、燃料ガス供給部の主止弁等であってもよい。 The fuel gas supply valve is arranged in the fuel gas supply channel.
The fuel gas supply valve is electrically connected to the controller. The fuel gas supply valve may be controlled to open/close in accordance with a control signal from the controller, thereby controlling ON/OFF of supply of the fuel gas to the fuel cell stack. The fuel gas supply valve may be a main stop valve or the like of the fuel gas supply section.

燃料オフガス排出流路は、燃料電池スタックのアノード出口から排出される燃料オフガスを燃料電池システムの外部に排出する。アノード出口は、燃料ガス排出孔、アノード出口マニホールド等であってもよい。 The fuel off-gas discharge channel discharges the fuel off-gas discharged from the anode outlet of the fuel cell stack to the outside of the fuel cell system. The anode outlet may be a fuel gas vent, an anode outlet manifold, or the like.

燃料オフガス排出流路には、燃料オフガス排出弁（排気排水弁）が配置される。
燃料オフガス排出弁は、燃料オフガス及び水分等を外部（系外）へ排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部であってもよく、車両の外部であってもよい。
燃料オフガス排出弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって燃料オフガス排出弁の開閉を制御されることにより、燃料オフガスの外部への排出流量を調整してもよい。また、燃料オフガス排出弁の開度を調整することにより、燃料電池スタックのアノードに供給される燃料ガス圧力（アノード圧力）を調整してもよい。
燃料オフガスは、アノードにおいて未反応のまま通過した燃料ガス及び、カソードで生成した生成水がアノードに到達した水分等を含んでいてもよい。燃料オフガスは、触媒層及び電解質膜等で生成した腐食物質及び、掃気時にアノードに供給されてもよい酸化剤ガス等を含む場合がある。 A fuel off-gas discharge valve (exhaust discharge valve) is arranged in the fuel off-gas discharge passage.
The fuel off-gas discharge valve makes it possible to discharge the fuel off-gas, moisture, etc. to the outside (outside the system). The outside may be the outside of the fuel cell system or the outside of the vehicle.
The fuel off-gas discharge valve may be electrically connected to the control unit, and the control unit may control the opening and closing of the fuel off-gas discharge valve to adjust the discharge flow rate of the fuel off-gas to the outside. Further, the fuel gas pressure (anode pressure) supplied to the anode of the fuel cell stack may be adjusted by adjusting the opening degree of the fuel off-gas discharge valve.
The fuel off-gas may include the fuel gas that has passed through the anode without reaction, water that has reached the anode from the water produced at the cathode, and the like. The fuel off-gas may contain corrosive substances generated in the catalyst layer, the electrolyte membrane, and the like, and oxidant gas that may be supplied to the anode during scavenging.

燃料オフガス排出流路には、酸素濃度センサが配置される。
酸素濃度センサは、燃料電池スタックのアノード出口から排出される燃料オフガスの酸素濃度を測定する。酸素濃度センサは、制御部と電気的に接続され、制御部は、酸素濃度センサによって測定された燃料オフガスの酸素濃度を検知する。
酸素濃度センサは、従来公知の濃度計等を用いることができる。 An oxygen concentration sensor is arranged in the fuel off-gas discharge passage.
The oxygen concentration sensor measures the oxygen concentration of the fuel off-gas discharged from the anode outlet of the fuel cell stack. The oxygen concentration sensor is electrically connected to the controller, and the controller detects the oxygen concentration of the fuel off-gas measured by the oxygen concentration sensor.
A conventionally known densitometer or the like can be used as the oxygen concentration sensor.

燃料電池システムは、燃料電池の酸化剤ガス系として、酸化剤ガス供給部、酸化剤ガス供給流路、酸化剤オフガス排出流路、酸化剤ガス供給弁、酸化剤オフガス排出弁を備える。 The fuel cell system includes an oxidant gas supply section, an oxidant gas supply channel, an oxidant offgas discharge channel, an oxidant gas supply valve, and an oxidant offgas discharge valve as an oxidant gas system of the fuel cell.

酸化剤ガス供給部は、燃料電池スタックのカソードに酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。
酸化剤ガス供給部は、制御部と電気的に接続される。酸化剤ガス供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。酸化剤ガス供給部は、制御部によって酸化剤ガス供給部からカソードに供給される酸化剤ガスの流量及び圧力からなる群より選ばれる少なくとも１つを制御されてもよい。 The oxidant gas supply unit supplies oxidant gas to the cathode of the fuel cell stack.
For example, an air compressor or the like can be used as the oxidant gas supply unit.
The oxidant gas supply section is electrically connected to the control section. The oxidant gas supply section is driven according to a control signal from the control section. The oxidizing gas supply unit may have at least one selected from the group consisting of flow rate and pressure of the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply unit to the cathode by the control unit.

酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池スタックのカソード入口とを接続する。酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部から燃料電池スタックのカソードへの酸化剤ガスの供給を可能にする。カソード入口は、酸化剤ガス供給孔、カソード入口マニホールド等であってもよい。 The oxidant gas supply channel connects the oxidant gas supply unit and the cathode inlet of the fuel cell stack. The oxidant gas supply channel enables the supply of oxidant gas from the oxidant gas supply to the cathode of the fuel cell stack. The cathode inlet may be an oxidant gas supply hole, a cathode inlet manifold, or the like.

酸化剤ガス供給流路には、酸化剤ガス供給弁が配置される。
酸化剤ガス供給弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって酸化剤ガス供給弁が開弁されることにより、燃料電池スタックのカソードへ酸化剤ガスを供給する。また、酸化剤ガス供給弁の開度を調整することにより、燃料電池スタックのカソードに供給される酸化剤ガスの流量を調整する。 An oxidant gas supply valve is arranged in the oxidant gas supply channel.
The oxidant gas supply valve is electrically connected to the controller, and is opened by the controller to supply the oxidant gas to the cathode of the fuel cell stack. Also, the flow rate of the oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell stack is adjusted by adjusting the opening degree of the oxidant gas supply valve.

酸化剤オフガス排出流路は、燃料電池スタックのカソード出口と接続する。酸化剤オフガス排出流路は、燃料電池スタックのカソードから排出される酸化剤ガスである酸化剤オフガスの外部への排出を可能にする。カソード出口は、酸化剤ガス排出孔、カソード出口マニホールド等であってもよい。 The oxidant off-gas discharge channel connects with the cathode outlet of the fuel cell stack. The oxidant off-gas discharge passage allows the oxidant off-gas, which is the oxidant gas discharged from the cathode of the fuel cell stack, to be discharged to the outside. The cathode outlet may be an oxidant gas outlet, a cathode outlet manifold, or the like.

酸化剤オフガス排出流路には、酸化剤オフガス排出弁（酸化剤ガス圧力調整弁）が配置される。
酸化剤オフガス排出弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって酸化剤オフガス排出弁が開弁されることにより、反応済みの酸化剤ガスである酸化剤オフガスを酸化剤オフガス排出流路から外部へ排出する。また、酸化剤オフガス排出弁の開度を調整することにより、燃料電池スタックのカソードに供給される酸化剤ガス圧力（カソード圧力）を調整してもよい。 An oxidant off-gas discharge valve (oxidant gas pressure control valve) is arranged in the oxidant off-gas discharge passage.
The oxidant offgas discharge valve is electrically connected to the control unit, and the control unit opens the oxidant offgas discharge valve to discharge the oxidant offgas, which is the oxidant gas that has already reacted, to the oxidant offgas discharge passage. to the outside. Also, the oxidant gas pressure (cathode pressure) supplied to the cathode of the fuel cell stack may be adjusted by adjusting the opening degree of the oxidant off-gas discharge valve.

燃料電池システムは、燃料電池の冷却系として、冷媒供給部を備えていてもよく、冷媒循環流路を備えていてもよい。
冷媒循環流路は、燃料電池の単セルに設けられる冷媒供給孔及び冷媒排出孔に連通し、冷媒供給部から供給される冷媒を燃料電池スタック内外で循環させることを可能にする。
冷媒供給部は、制御部と電気的に接続される。冷媒供給部は、制御部からの制御信号に従って駆動される。冷媒供給部は、制御部によって冷媒供給部から燃料電池スタックに供給される冷媒の流量を制御される。これにより燃料電池スタックの温度が制御されてもよい。
冷媒供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷媒循環流路には、冷却水の熱を放熱するラジエータが設けられていてもよい。
冷媒循環流路には、冷媒を蓄えるリザーブタンクが設けられていてもよい。 The fuel cell system may include a coolant supply section as a cooling system for the fuel cell, and may include a coolant circulation channel.
The coolant circulation channel communicates with coolant supply holes and coolant discharge holes provided in the single cells of the fuel cell, and enables the coolant supplied from the coolant supply section to circulate inside and outside the fuel cell stack.
The coolant supply section is electrically connected to the control section. The coolant supply section is driven according to a control signal from the control section. The coolant supply unit has the flow rate of coolant supplied from the coolant supply unit to the fuel cell stack controlled by the control unit. This may control the temperature of the fuel cell stack.
The coolant supply unit may be, for example, a cooling water pump.
A radiator that radiates heat from the cooling water may be provided in the coolant circulation flow path.
A reserve tank for storing the coolant may be provided in the coolant circulation channel.

燃料電池システムは、二次電池を備えていてもよい。
二次電池（バッテリ）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、電動機及び酸化剤ガス供給部等に電力を供給する。二次電池は、例えば、家庭用電源等の車両の外部の電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池スタックの出力により充電されてもよい。二次電池の充放電は、制御部によって制御されてもよい。 The fuel cell system may include a secondary battery.
The secondary battery (battery) may be any chargeable/dischargeable battery, and examples thereof include conventionally known secondary batteries such as nickel-metal hydride secondary batteries and lithium-ion secondary batteries. Also, the secondary battery may include an electric storage element such as an electric double layer capacitor. A plurality of secondary batteries may be connected in series. The secondary battery supplies electric power to the electric motor, the oxidant gas supply unit, and the like. The secondary battery may be, for example, rechargeable from a power source outside the vehicle such as a household power source. The secondary battery may be charged by the output of the fuel cell stack. Charging and discharging of the secondary battery may be controlled by the controller.

制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等の制御装置であってもよい。
制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。制御部はイグニッションスイッチが切られていても外部電源により動作可能であってもよい。 The control unit physically includes, for example, an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) that stores control programs and control data processed by the CPU, and a main control unit. It has a storage device such as a RAM (random access memory) used as various work areas for processing, and an input/output interface. Also, the control unit may be a control device such as an electronic control unit (ECU).
The control unit may be electrically connected to an ignition switch that may be mounted on the vehicle. The control unit may be operable by an external power source even when the ignition switch is turned off.

制御部は、燃料ガスの燃料電池スタックのアノードへの供給量及び燃料オフガスの外部への排出量を制御することにより燃料電池スタックのアノードの圧力を制御し、且つ、酸化剤ガスの燃料電池スタックのカソードへの供給量及び酸化剤オフガスの前記外部への排出量を制御することにより燃料電池スタックのカソードの圧力を制御する。
燃料電池システムは圧力センサを備えていてもよい。
圧力センサは、燃料ガス供給流路に配置されていてもよく、酸化剤ガス供給流路に配置されていてもよい。
圧力センサは、燃料電池スタックに供給される燃料ガスの圧力及び酸化剤ガスの圧力を測定する。圧力センサは、制御部と電気的に接続され、制御部は、圧力センサによって測定された燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力を検知し、アノードの圧力及びカソードの圧力を制御してもよい。
圧力センサは、従来公知の圧力計等を用いることができる。 The control unit controls the pressure of the anode of the fuel cell stack by controlling the amount of fuel gas supplied to the anode of the fuel cell stack and the amount of fuel off-gas discharged to the outside, and controls the pressure of the anode of the fuel cell stack, The pressure of the cathode of the fuel cell stack is controlled by controlling the supply amount of the oxidant off-gas to the cathode and the discharge amount of the oxidant off-gas to the outside.
The fuel cell system may have a pressure sensor.
The pressure sensor may be arranged in the fuel gas supply channel, or may be arranged in the oxidant gas supply channel.
The pressure sensor measures the pressure of the fuel gas and the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell stack. The pressure sensor may be electrically connected to the controller, and the controller may detect the pressure of the fuel gas and the oxidant gas measured by the pressure sensor and control the pressure of the anode and the pressure of the cathode.
A conventionally known pressure gauge or the like can be used as the pressure sensor.

制御部は、燃料電池スタックのクロスリークした単セルの積層方向の位置と、燃料オフガス排出流路における酸素濃度が増加する時間との相関を示すデータ群を予め記憶する。
図２は、クロスリークを起こしたセルの位置とＡｎ出口Ｏ_２濃度の増加する時間との関係の一例を示すＭａｐ（データ群）である。
図２に示すようにクロスリークを起こしているセルの積層位置によって、スタックのアノード出口のＯ_２が増加する時間が異なる。これにより、スタックのアノード出口のＯ_２が増加する時間を測定することで、クロスリークを起こしているセルの積層位置を把握することができる。 The control unit pre-stores a data group indicating the correlation between the position in the stacking direction of the cross-leak single cell of the fuel cell stack and the time at which the oxygen concentration in the fuel off-gas discharge channel increases.
FIG. 2 is a map (data group) showing an example of the relationship between the position of the cross-leak cell and the time at which the An outlet O ₂ concentration increases.
As shown in FIG. 2, the time for O ₂ to increase at the anode outlet of the stack differs depending on the stacking position of the cell causing the cross-leakage. Thus, by measuring the time for O ₂ to increase at the anode outlet of the stack, it is possible to grasp the stacking position of the cell causing the cross-leak.

図３は、本開示の燃料電池システムの一例を示す概略構成図である。
図３に示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、燃料ガス供給部２０と、燃料ガス供給流路２１と、燃料オフガス排出流路２２と、燃料ガス供給弁２３と、燃料オフガス排出弁２４と、酸素濃度センサ２５と、酸化剤ガス供給部３０と、酸化剤ガス供給流路３１と、酸化剤オフガス排出流路３２と、酸化剤ガス供給弁３３と、酸化剤オフガス排出弁３４と、制御部５０と、を備える。なお、図３では、燃料ガス系、酸化剤ガス系のみ図示し、その他の、冷却系等の図示は省略する。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the fuel cell system of the present disclosure.
A fuel cell system 100 shown in FIG. 24, an oxygen concentration sensor 25, an oxidant gas supply unit 30, an oxidant gas supply channel 31, an oxidant off-gas discharge channel 32, an oxidant gas supply valve 33, and an oxidant off-gas discharge valve 34. , and a control unit 50 . In FIG. 3, only the fuel gas system and the oxidant gas system are illustrated, and the illustration of the cooling system and the like is omitted.

図４は、本開示の燃料電池システムの制御の一例を示すフローチャートである。
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時に、アノードに燃料ガスを供給した後、燃料ガス供給弁と、燃料オフガス排出弁と、酸化剤ガス供給弁と、酸化剤オフガス排出弁を閉じて、アノードとカソードに燃料ガスを充填する（ＦＣシステム停止（Ａｎ／Ｃａ両極に燃料ガスとしてのＨ_２を充填））。
制御部は、燃料電池スタックの発電開始時に、アノードに燃料ガスを所定流量で供給し、且つ、カソードに酸化剤ガスを所定流量で供給する（ＦＣ始動（ＦＣにガスを流入））。
制御部は、酸素濃度センサで計測された酸素濃度が所定の濃度以上に増加しているか否か判定する（Ａｎ出口の酸素濃度を時系列で測定し、Ｏ_２濃度が所定濃度以上か否か判定）。
制御部は、酸素濃度が所定の濃度以上に増加していると判定したとき、燃料電池スタックのクロスリークが発生していると判定する。
制御部は、酸素濃度センサで計測された酸素濃度の時間－濃度増加プロファイルと、データ群とを照合し、燃料電池スタックのクロスリークが発生している単セルの積層方向の位置を推定する（例えば、酸素濃度が増加した時間の値で、Ｍａｐよりクロスリークを起こしているセルの位置（奥側、中央、出入口側のいずれか等）を推定する）。
単セルの積層方向の位置を推定することにより、燃料電池システムを停止した後、クロスリークしたセルの交換をしてもよい。
制御部は、酸素濃度が所定の濃度以上に増加していないと判定したときは、クロスリークが発生していないと判定し、制御を終了してもよい。 FIG. 4 is a flow chart showing an example of control of the fuel cell system of the present disclosure.
After supplying the fuel gas to the anode when the power generation of the fuel cell stack is stopped, the control unit closes the fuel gas supply valve, the fuel off-gas discharge valve, the oxidant gas supply valve, and the oxidant off-gas discharge valve to and the cathode are filled with fuel gas (the FC system is stopped (An/Ca both electrodes are filled with H ₂ as fuel gas)).
At the start of power generation of the fuel cell stack, the control unit supplies fuel gas to the anode at a predetermined flow rate and supplies oxidant gas to the cathode at a predetermined flow rate (FC start (flow of gas into FC)).
The control unit determines whether the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor has increased to a predetermined concentration or more (measures the oxygen concentration at the An outlet in time series, and determines whether the O ₂ concentration is a predetermined concentration or more). judgement).
When the control unit determines that the oxygen concentration has increased to a predetermined concentration or more, it determines that a cross leak in the fuel cell stack has occurred.
The control unit compares the time-concentration increase profile of the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor with the data group, and estimates the position in the stacking direction of the single cell where cross-leakage occurs in the fuel cell stack ( For example, the position of the cell causing the cross-leak is estimated from the map (either on the back side, the center, or the entrance/exit side, etc.) based on the value of the time when the oxygen concentration increases.
By estimating the position of the single cell in the stacking direction, the cross-leak cell may be replaced after stopping the fuel cell system.
When the control unit determines that the oxygen concentration has not increased to or above the predetermined concentration, it may determine that cross leak has not occurred and terminate the control.

１０燃料電池スタック
２０燃料ガス供給部
２１燃料ガス供給流路
２２燃料オフガス排出流路
２３燃料ガス供給弁
２４燃料オフガス排出弁
２５酸素濃度センサ
３０酸化剤ガス供給部
３１酸化剤ガス供給流路
３２酸化剤オフガス排出流路
３３酸化剤ガス供給弁
３４酸化剤オフガス排出弁
５０制御部
１００燃料電池システム 10 Fuel cell stack 20 Fuel gas supply unit 21 Fuel gas supply channel 22 Fuel off-gas discharge channel 23 Fuel gas supply valve 24 Fuel off-gas discharge valve 25 Oxygen concentration sensor 30 Oxidant gas supply unit 31 Oxidant gas supply channel 32 Oxidation Oxidant off-gas discharge passage 33 Oxidant gas supply valve 34 Oxidant off-gas discharge valve 50 Control unit 100 Fuel cell system

Claims

A fuel cell system,
a fuel cell stack, which is a laminate in which a plurality of single cells are laminated;
a fuel gas supply unit for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell stack;
a fuel gas supply channel connecting the fuel gas supply unit and an anode inlet of the fuel cell stack;
a fuel off-gas discharge channel for discharging the fuel off-gas discharged from the anode outlet of the fuel cell stack to the outside of the fuel cell system;
an oxidant gas supply unit that supplies an oxidant gas to the cathode of the fuel cell stack;
an oxidant gas supply channel connecting the oxidant gas supply unit and a cathode inlet of the fuel cell stack;
an oxidant off-gas discharge channel that allows the oxidant off-gas discharged from the cathode outlet of the fuel cell stack to be discharged to the outside;
a fuel gas supply valve arranged in the fuel gas supply channel;
a fuel off-gas discharge valve arranged in the fuel off-gas discharge flow path;
an oxidant gas supply valve disposed in the oxidant gas supply channel;
an oxidant off-gas discharge valve disposed in the oxidant gas discharge channel;
an oxygen concentration sensor arranged in the fuel off-gas discharge channel;
a control unit;
The control unit controls the pressure of the anode of the fuel cell stack by controlling the amount of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell stack and the amount of the fuel off-gas discharged to the outside, and controlling the pressure of the cathode of the fuel cell stack by controlling the amount of the oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell stack and the amount of the oxidant off-gas discharged to the outside;
The control unit pre-stores a data group indicating the correlation between the positions in the stacking direction of the cross-leak single cells of the fuel cell stack and the time at which the oxygen concentration in the fuel off-gas discharge passage increases,
After supplying the fuel gas to the anode when the power generation of the fuel cell stack is stopped, the control unit controls the fuel gas supply valve, the fuel off-gas discharge valve, the oxidant gas supply valve, and the oxidant gas. closing an off-gas discharge valve to fill the anode and the cathode with the fuel gas;
The control unit supplies the fuel gas to the anode at a predetermined flow rate and the oxidant gas to the cathode at a predetermined flow rate at the start of power generation of the fuel cell stack,
The control unit determines whether the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor has increased to a predetermined concentration or higher,
When determining that the oxygen concentration has increased to a predetermined concentration or more, the control unit determines that the cross leak of the fuel cell stack has occurred,
The control unit compares the time-concentration increase profile of the oxygen concentration measured by the oxygen concentration sensor with the data group, and determines the stacking direction of the single cell in which the cross leak occurs in the fuel cell stack. A fuel cell system characterized by estimating the position of the