JP2023137664A - fuel cell system - Google Patents

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俊明 草刈
Toshiaki Kusakari
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Abstract

To provide a fuel cell system capable of individually determining the presence/absence of internal leak in a humidifier.SOLUTION: The present invention relates to a fuel cell system comprising: a fuel cell; a supplier which supplies an oxygen containing gas to the fuel cell; a humidifier for humidifying the oxygen containing gas with moisture contained in a cathode off-gas exhausted from the fuel cell; a voltage sensor for measuring a voltage of the fuel cell; and a determination device for determining whether or not internal leak occurs in the humidifier. In the fuel cell system, the determination device includes: an acquisition section for acquiring a voltage value from the voltage sensor; a control section which performs control so as to generate power from the fuel cell in a state where the supply of the oxygen containing gas from the supplier is stopped; and a determination section which makes the determination on the basis of a change in the voltage value during the control.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

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

燃料電池システムは、燃料極(アノード)、電解質膜および酸素極(カソード)を有する燃料電池に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して、発電するシステムである。 A fuel cell system is a system that generates electricity by supplying fuel gas and oxidant gas to a fuel cell having a fuel electrode (anode), an electrolyte membrane, and an oxygen electrode (cathode).

また、燃料電池の劣化抑制および安全性向上の観点から、燃料電池に供給排出されるガスが、ガス流路から漏れているか否かを判定する技術が検討されている。例えば、特許文献1には、燃料電池の発電停止後の経過時間に対する、燃料電池の総電圧、アノード流路の圧力、カソード流路の圧力、アノード流路の酸素濃度およびカソード流路の酸素濃度のうち少なくともいずれか一つの状態変化から、燃料電池システムの流路封止の漏れ異常を判定する、ことを特徴とする燃料電池システムの漏れ異常判定方法が開示されている。 Furthermore, from the viewpoint of suppressing deterioration of fuel cells and improving safety, techniques for determining whether or not gas supplied to and discharged from a fuel cell is leaking from a gas flow path are being considered. For example, Patent Document 1 describes the total voltage of the fuel cell, the pressure in the anode flow path, the pressure in the cathode flow path, the oxygen concentration in the anode flow path, and the oxygen concentration in the cathode flow path with respect to the elapsed time after the fuel cell stops generating electricity. A method for determining a leakage abnormality in a fuel cell system is disclosed, which comprises determining a leakage abnormality in a flow path seal of the fuel cell system based on a change in state of at least one of the above.

特開2013-171737号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-171737

また、燃料電池システムにおいては、燃料電池に供給される酸素含有ガスを、カソードから排出されたオフガスに含まれる水分によって加湿する加湿器を用いることが知られている。加湿器においてガス漏れ(内部リーク)が発生していると、十分量の酸素含有ガスを燃料電池に供給することが困難となり、燃料電池の発電性能が低下する恐れがある。 Furthermore, in fuel cell systems, it is known to use a humidifier that humidifies oxygen-containing gas supplied to the fuel cell with moisture contained in off-gas discharged from the cathode. If gas leakage (internal leakage) occurs in the humidifier, it becomes difficult to supply a sufficient amount of oxygen-containing gas to the fuel cell, and the power generation performance of the fuel cell may deteriorate.

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、加湿器での内部リークの有無を個別に判定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 its main purpose is to provide a fuel cell system that can individually determine whether there is an internal leak in a humidifier.

上記課題を解決するために、本開示においては、燃料電池と、上記燃料電池に酸素含有ガスを供給する、供給器と、上記酸素含有ガスを上記燃料電池から排出されたカソードオフガスに含まれる水分により加湿する、加湿器と、上記燃料電池の電圧を測定する、電圧センサと、上記加湿器において内部リークが発生しているか否かを判定する、判定装置と、を有する燃料電池システムであって、上記判定装置は、上記電圧センサから、電圧値を取得する、取得部と、上記供給器の酸素含有ガスの供給を止めた状態で上記燃料電池を発電するよう制御する、制御部と、上記制御中における電圧値の変化に基づき、上記判定を行う、判定部と、を有する燃料電池システムを提供する。 In order to solve the above problems, the present disclosure includes a fuel cell, a supply device that supplies an oxygen-containing gas to the fuel cell, and a supply device that supplies the oxygen-containing gas to a cathode off-gas discharged from the fuel cell. A fuel cell system comprising: a humidifier that humidifies the fuel cell; a voltage sensor that measures the voltage of the fuel cell; and a determination device that determines whether an internal leak is occurring in the humidifier. , the determination device includes: an acquisition unit that acquires a voltage value from the voltage sensor; a control unit that controls the fuel cell to generate power while the supply of oxygen-containing gas from the supply device is stopped; A fuel cell system is provided that includes a determination unit that makes the above determination based on a change in voltage value during control.

本開示によれば、酸素含有ガスの供給を停止した状態で、燃料電池を発電するように制御し、上記制御中における電圧値の変化に基づき、加湿器の内部リークが発生しているか否かを判定するため、加湿器での内部リークの有無を個別に判定できる。 According to the present disclosure, the fuel cell is controlled to generate electricity while the supply of oxygen-containing gas is stopped, and based on the change in the voltage value during the control, it is determined whether an internal leak is occurring in the humidifier. Therefore, it is possible to individually determine whether there is an internal leak in the humidifier.

本開示においては、加湿器での内部リークの有無を個別に判定できる燃料電池システムを提供することができるという効果を奏する。 The present disclosure has the advantage that it is possible to provide a fuel cell system that can individually determine whether there is an internal leak in a humidifier.

本開示における燃料電池システムの構成を例示する概略図である。1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a fuel cell system according to the present disclosure. 本開示におけるメカニズムを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a mechanism in the present disclosure. 本開示における燃料電池を例示する概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a fuel cell according to the present disclosure. 本開示における判定部の判定方法を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a determination method of a determination unit in the present disclosure. 本開示における判定装置の処理を例示するフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram illustrating processing of the determination device according to the present disclosure.

以下、本開示における燃料電池システムについて、詳細に説明する。
図1は、本開示における燃料電池システムの構成を例示する概略図である。図1に示される燃料電池システム100は、燃料電池10と、燃料電池10に酸素含有ガスを供給する、供給器20と、酸素含有ガスを燃料電池10から排出されたカソードオフガスに含まれる水分により加湿する、加湿器30と、燃料電池を監視する監視ユニット40と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)50を備える。監視ユニットは、少なくとも、燃料電池の電圧を測定する、電圧センサを有している。また、ECU50は、燃料電池システムの各種制御を行うが、後述する判定装置としても機能する。
Hereinafter, the fuel cell system according to the present disclosure will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a fuel cell system according to the present disclosure. A fuel cell system 100 shown in FIG. 1 includes a fuel cell 10, a supply device 20 that supplies oxygen-containing gas to the fuel cell 10, and a supply device 20 that supplies the oxygen-containing gas to the fuel cell 10 by using water contained in cathode off gas discharged from the fuel cell 10. It includes a humidifier 30 that humidifies, a monitoring unit 40 that monitors the fuel cell, and an electronic control unit (ECU) 50. The monitoring unit has at least a voltage sensor that measures the voltage of the fuel cell. Further, the ECU 50 performs various controls of the fuel cell system, and also functions as a determination device to be described later.

燃料電池システム100は、ECU50が、酸素含有ガスの供給を止めた状態で燃料電池10を発電するよう制御し、上記制御中における燃料電池10の電圧値の変化に基づき、加湿器30において内部リークが発生しているか否かを判定する。 In the fuel cell system 100, the ECU 50 controls the fuel cell 10 to generate electricity while the supply of oxygen-containing gas is stopped, and detects internal leakage in the humidifier 30 based on a change in the voltage value of the fuel cell 10 during the above control. Determine whether or not this is occurring.

また、燃料電池システム100は、カソードガス供給路60Aおよびカソードガス排出路60Bを備えている。カソードガス供給路60Aの上流側(加湿器30よりも上流側)には、流量計61と、インタークーラ62および三方弁63が配置されている。流量計61により、酸素含有ガス(カソードガス)の流量を測定できる。インタークーラ61により、燃料電池10に供給される酸素含有ガスと冷却液とを熱交換できる。また、三方弁62により、加湿器30により加湿されて燃料電池10へ供給される酸素含有ガスの流量と、加湿器30により加湿されずに燃料電池10へ供給される酸素含有ガスとの割合を調整できる。なお、加湿器30により加湿されない酸素含有ガスは、バイパス流路60Cを介して燃料電池10に供給される。 The fuel cell system 100 also includes a cathode gas supply path 60A and a cathode gas discharge path 60B. A flow meter 61, an intercooler 62, and a three-way valve 63 are arranged upstream of the cathode gas supply path 60A (upstream of the humidifier 30). The flow meter 61 can measure the flow rate of oxygen-containing gas (cathode gas). The intercooler 61 allows heat exchange between the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 10 and the coolant. The three-way valve 62 also controls the ratio between the flow rate of the oxygen-containing gas that is humidified by the humidifier 30 and supplied to the fuel cell 10 and the oxygen-containing gas that is not humidified by the humidifier 30 and is supplied to the fuel cell 10. Can be adjusted. Note that the oxygen-containing gas that is not humidified by the humidifier 30 is supplied to the fuel cell 10 via the bypass flow path 60C.

また、燃料電池システム100は、カソードガス排出路60Bの下流側(加湿器30よりも下流側)に、背圧を調整する調圧弁64を有している。さらに、燃料電池システム100は、燃料電池を監視する監視ユニット40を有している。 Further, the fuel cell system 100 includes a pressure regulating valve 64 for adjusting back pressure on the downstream side of the cathode gas discharge path 60B (downstream side of the humidifier 30). Further, the fuel cell system 100 includes a monitoring unit 40 that monitors the fuel cell.

本開示によれば、酸素含有ガスの供給を停止した状態で、燃料電池を発電するように制御し、上記制御中における電圧値の変化に基づき、加湿器の内部リークが発生しているか否かを判定するため、加湿器での内部リークの有無を個別に判定できる。 According to the present disclosure, the fuel cell is controlled to generate electricity while the supply of oxygen-containing gas is stopped, and based on the change in the voltage value during the control, it is determined whether an internal leak is occurring in the humidifier. Therefore, it is possible to individually determine whether there is an internal leak in the humidifier.

酸素含有ガスの供給を停止した状態で、アノードガス(例えば水素ガス)を供給すると、燃料電池内部に残留していた酸素含有ガス(カソードガス)が消費されて、燃料電池の発電を継続するように制御できる。燃料電池内部の酸素含有ガスが消費されると、燃料電池の内部圧力が低下するため、加湿器に内部リークが発生していない場合、ガス流路に残留していた酸素含有ガスが、圧力差およびガスの拡散によりカソードガス入口のみから燃料電池に流入する。一方で、加湿器に内部リークが発生していた場合、カソードガス入口のみならず、カソードガス出口からも、酸素含有ガスが燃料電池に流入する。そのため、加湿器に内部リークが発生している場合には、燃料電池(燃料電池スタック)のカソードガス入口側およびカソードガス出口側の両方において、発電が継続される。その結果、図2に示されるように、加湿器に内部リークが発生している場合には、加湿器に内部リークが発生していない場合に比べ、燃料電池の電圧低下が緩やかになる。このように、本開示における燃料電池システムは、電圧の変化に基づき、加湿器の内部リークの有無を個別に判定することができる。 If anode gas (for example, hydrogen gas) is supplied while the supply of oxygen-containing gas is stopped, the oxygen-containing gas (cathode gas) remaining inside the fuel cell will be consumed and the fuel cell will continue to generate electricity. can be controlled. When the oxygen-containing gas inside the fuel cell is consumed, the internal pressure of the fuel cell decreases, so if there is no internal leak in the humidifier, the oxygen-containing gas remaining in the gas flow path will cause a pressure difference. and flows into the fuel cell only from the cathode gas inlet due to gas diffusion. On the other hand, if an internal leak occurs in the humidifier, oxygen-containing gas flows into the fuel cell not only from the cathode gas inlet but also from the cathode gas outlet. Therefore, if an internal leak occurs in the humidifier, power generation continues on both the cathode gas inlet side and the cathode gas outlet side of the fuel cell (fuel cell stack). As a result, as shown in FIG. 2, when an internal leak occurs in the humidifier, the voltage drop of the fuel cell becomes more gradual than when no internal leak occurs in the humidifier. In this way, the fuel cell system according to the present disclosure can individually determine whether there is an internal leak in the humidifier based on changes in voltage.

なお、燃料電池の内部リークが発生していた場合と、加湿器に内部リークが発生していた場合とでは、後述する制御中の電圧変化の挙動が異なると考えられる。例えば、燃料電池に内部リークが発生していた場合には、制御部の制御開始時における電圧値が比較的低くなり、電圧変化の推移も、比較的低電圧側で推移すると考えられる。そのため、燃料電池に内部リークが発生していた場合であっても、電圧値の変化に基づき、加湿器の内部リークの有無を個別に判定することができる。 Note that the behavior of the voltage change during control, which will be described later, is considered to be different between a case where an internal leak occurs in the fuel cell and a case where an internal leak occurs in the humidifier. For example, if an internal leak has occurred in the fuel cell, the voltage value at the start of control by the control unit will be relatively low, and the transition of voltage change will also be considered to be on the relatively low voltage side. Therefore, even if an internal leak occurs in the fuel cell, it is possible to individually determine whether or not there is an internal leak in the humidifier based on the change in the voltage value.

1.燃料電池
図3は、本開示における燃料電池を例示する概略断面図である。図3に示される燃料電池(単セル)10は、カソード側ガス拡散層1、カソード触媒層2、電解質膜3、アノード触媒層4、アノード側ガス拡散層5がこの順に積層された膜-電極接合体(MEA)11と、MEA11を挟持する2枚のセパレータ12を有している。燃料電池は、単セルであってもよく、複数の単セルが積層された積層体であってもよい。
1. Fuel Cell FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a fuel cell in the present disclosure. The fuel cell (single cell) 10 shown in FIG. 3 is a membrane-electrode in which a cathode gas diffusion layer 1, a cathode catalyst layer 2, an electrolyte membrane 3, an anode catalyst layer 4, and an anode gas diffusion layer 5 are laminated in this order. It has a joined body (MEA) 11 and two separators 12 that sandwich the MEA 11. The fuel cell may be a single cell or a laminate in which a plurality of single cells are stacked.

電解質膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸膜などのフッ素系電解質膜および非フッ素系電解質膜が挙げられる。非フッ素系電解質膜としては、例えば炭化水素系電解質膜が挙げられる。電解質膜の厚さは、例えば、5μm以上、100μm以下である。 Examples of the electrolyte membrane include fluorine-based electrolyte membranes such as perfluorosulfonic acid membranes and non-fluorine-based electrolyte membranes. Examples of non-fluorine electrolyte membranes include hydrocarbon electrolyte membranes. The thickness of the electrolyte membrane is, for example, 5 μm or more and 100 μm or less.

カソード触媒層およびアノード触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、触媒金属を担持する母材、プロトン伝導性を有する電解質、および、電子伝導性を有するカーボン粒子を備える。触媒金属としては、例えば、Pt(白金)、Ru(ルテニウム)などの金属単体、Ptを含む合金が挙げられる。電解質としては、例えばフッ素系樹脂が挙げられる。また、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が挙げられる。カソード触媒層およびアノード触媒層の厚さは、例えば、それぞれ、5μm以上、100μm以下である。 The cathode catalyst layer and the anode catalyst layer include, for example, a catalyst metal that promotes an electrochemical reaction, a base material that supports the catalyst metal, an electrolyte that has proton conductivity, and carbon particles that have electron conductivity. Examples of the catalyst metal include simple metals such as Pt (platinum) and Ru (ruthenium), and alloys containing Pt. Examples of the electrolyte include fluororesin. Furthermore, examples of the base material and the conductive material include carbon materials such as carbon. The thickness of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is, for example, 5 μm or more and 100 μm or less, respectively.

アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンクロスおよびカーボンペーパーなどのカーボン多孔質体、金属メッシュおよび発泡金属などの金属多孔質体が挙げられる。アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層の厚さは、例えば、それぞれ、5μm以上、100μm以下である。 The anode side gas diffusion layer and the cathode side gas diffusion layer may be electrically conductive members having gas permeability. Examples of the conductive member include carbon porous bodies such as carbon cloth and carbon paper, and metal porous bodies such as metal mesh and foam metal. The thicknesses of the anode side gas diffusion layer and the cathode side gas diffusion layer are, for example, 5 μm or more and 100 μm or less, respectively.

セパレータは、ガス拡散層(アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層)に対向する面にガス経路を有していてもよい。セパレータの材料としては、例えば、ステンレス鋼などの金属材料およびカーボンコンポジット材などの炭素材料を挙げることができる。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。 The separator may have a gas path on the surface facing the gas diffusion layer (the anode gas diffusion layer and the cathode gas diffusion layer). Examples of the material of the separator include metal materials such as stainless steel and carbon materials such as carbon composite materials. Note that this separator has electronic conductivity and also functions as a current collector for the generated electricity.

2.供給器および加湿器
供給器は、燃料電池に酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスとしては、一般的に空気が挙げられる。供給器としては、エアコンプレッサが挙げられる。また、図1に示すように、供給器20(エアコンプレッサ)は、コンプレッサ20a、モータ20bおよびタービン20cを有していてもよい。コンプレッサ20aが回転することにより、圧縮された酸素含有ガス(空気)が燃料電池10に供給される。また、タービン20cが回転することにより、燃料電池10から排出された酸素含有ガス(カソードオフガス)が外部に排出される。例えば、ECU50は、モータ20bの回転速度を制御することで、酸素含有ガスの供給の有無および供給量を調整することができる。
2. Supplier and Humidifier The supplier supplies oxygen-containing gas to the fuel cell. Air is generally mentioned as the oxygen-containing gas. An example of the supply device is an air compressor. Further, as shown in FIG. 1, the supply device 20 (air compressor) may include a compressor 20a, a motor 20b, and a turbine 20c. As the compressor 20a rotates, compressed oxygen-containing gas (air) is supplied to the fuel cell 10. Further, as the turbine 20c rotates, oxygen-containing gas (cathode off gas) discharged from the fuel cell 10 is discharged to the outside. For example, the ECU 50 can adjust whether or not the oxygen-containing gas is supplied and the supply amount by controlling the rotational speed of the motor 20b.

加湿器は、酸素含有ガスを燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水分により加湿する。具体的には、加湿器は、水分透過部材を備え、水分透過部材を介してオフガス中の水分を酸素含有ガスに加える。水分透過部材としては、例えば中空糸およびイオン交換膜が挙げられる。 The humidifier humidifies oxygen-containing gas using moisture contained in off-gas discharged from the fuel cell. Specifically, the humidifier includes a moisture permeable member, and adds moisture in the off-gas to the oxygen-containing gas via the moisture permeable member. Examples of the moisture permeable member include hollow fibers and ion exchange membranes.

ここで、中空糸を用いた加湿器は、通常時における内部リーク量が比較的多いため、加湿器の内部リークを想定したシステムが設計されている場合が多い。一方、イオン交換膜を用いた加湿器は、通常時における内部リーク量は比較的少ないものの、異常時(例えば、イオン交換膜の破れが発生したとき)には、内部リーク量が急激に増加するため、システムに与える影響が大きいと考えられる。そのため、加湿器がイオン交換膜を有している場合に、加湿器の内部リークの有無を個別に判定できるという本開示における燃料電池システムの利益をより享受することができる。 Here, since humidifiers using hollow fibers have a relatively large amount of internal leakage in normal times, systems are often designed with internal leakage of humidifiers in mind. On the other hand, in humidifiers that use ion exchange membranes, the amount of internal leakage is relatively small under normal conditions, but the amount of internal leakage increases rapidly in abnormal situations (for example, when the ion exchange membrane breaks). Therefore, the impact on the system is considered to be large. Therefore, when the humidifier has an ion exchange membrane, the benefit of the fuel cell system according to the present disclosure that it is possible to individually determine whether or not there is an internal leak in the humidifier can be further enjoyed.

イオン交換膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸膜などのフッ素系電解質膜および非フッ素系電解質膜が挙げられる。非フッ素系電解質膜としては、例えば炭化水素系電解質膜が挙げられる。 Examples of the ion exchange membrane include fluorine-based electrolyte membranes such as perfluorosulfonic acid membranes and non-fluorine-based electrolyte membranes. Examples of non-fluorine electrolyte membranes include hydrocarbon electrolyte membranes.

3.電圧センサ
電圧センサは、燃料電池の電圧を測定する。電圧としては、例えば開回路電圧が挙げられる。
3. Voltage Sensor The voltage sensor measures the voltage of the fuel cell. The voltage includes, for example, an open circuit voltage.

4.判定装置
(1)判定装置の構成
本開示における燃料電池システムは、加湿器において内部リークが発生しているか否かを判定する判定装置を備える。判定装置は、酸素含有ガスの供給を停止した状態で、燃料電池を発電するように制御し、上記制御中における電圧の変化に基づき、加湿器の内部リークが発生しているか否かを判定するように構成されている。
4. Determination Device (1) Configuration of Determination Device The fuel cell system according to the present disclosure includes a determination device that determines whether an internal leak has occurred in the humidifier. The determination device controls the fuel cell to generate electricity while the supply of oxygen-containing gas is stopped, and determines whether or not an internal leak has occurred in the humidifier based on a change in voltage during the control. It is configured as follows.

上述したように、電子制御装置(ECU)は、本開示における判定装置としても機能し、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含む。メモリは、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、および、書き換え可能な不揮発性メモリを含む。メモリに記憶されているプログラムをCPUが実行することで、各種制御が実行される。ECUが行なう各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。 As described above, the electronic control unit (ECU) also functions as a determination device in the present disclosure, and includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and an input/output port for inputting and outputting various signals. The memory includes, for example, ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and rewritable nonvolatile memory. Various controls are executed by the CPU executing programs stored in the memory. The various controls performed by the ECU are not limited to processing by software, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).

判定装置は、その機能を実現するための処理ブロックとして、取得部、制御部および判定部を有する。取得部は、電圧センサから、燃料電池の電圧値を取得するように設定される。 The determination device includes an acquisition unit, a control unit, and a determination unit as processing blocks for realizing its functions. The acquisition unit is configured to acquire the voltage value of the fuel cell from the voltage sensor.

制御部は、供給器の酸素含有ガスの供給を止めた状態で燃料電池を発電するよう制御するように設定される。例えば、制御部は、供給器を停止させて酸素含有ガスの供給を停止し、かつ、水素ガスなどのアノードガスを供給するように制御する。酸素含有ガスの供給を停止しても、燃料電池の内部およびカソードガス流路内の酸素含有ガスと、供給されたアノードガスにより、燃料電池の発電が継続される。 The control unit is configured to control the fuel cell to generate electricity while the supply of oxygen-containing gas from the supply device is stopped. For example, the control unit controls the supply device to stop the supply of the oxygen-containing gas, and to supply an anode gas such as hydrogen gas. Even if the supply of the oxygen-containing gas is stopped, the fuel cell continues to generate electricity using the oxygen-containing gas inside the fuel cell and the cathode gas flow path and the supplied anode gas.

また、制御部は、上記制御より前に、燃料電池が酸素欠発電するように、事前制御を行ってもよい。事前制御は、例えば、供給器を制御して、発電に最低限必要な量以下の酸素含有ガスが燃料電池に供給されるように制御を行う。酸素欠発電を行うことで、カソードオフガスに含まれる酸素量を少なくすることができる。事前制御後に上記制御を行うことで、加湿器の内部リークの有無における燃料電池の電圧変化をより顕著に区別することができ、加湿器に内部リークが発生しているか否かをより精度よく判定することができる。 Further, the control unit may perform advance control so that the fuel cell performs oxygen-deficient power generation before the above control. The advance control is performed, for example, by controlling the supply device so that the amount of oxygen-containing gas that is equal to or less than the minimum amount necessary for power generation is supplied to the fuel cell. By performing oxygen-deficient power generation, the amount of oxygen contained in the cathode off-gas can be reduced. By performing the above control after the preliminary control, it is possible to more clearly distinguish the voltage change of the fuel cell depending on whether there is an internal leak in the humidifier, and it is possible to more accurately determine whether or not there is an internal leak in the humidifier. can do.

判定部は、制御中における電圧値の変化に基づき加湿器において内部リークが発生しているか否かを判定するように設定される。図4(a)に示すように、例えば判定部は、制御中における第1の時(t1)における電圧値(v1)と、第1の時よりも後の第2の時(t2)における電圧値(v2)との差(ΔV)が、閾値未満であれば、加湿器に内部リークが発生したと判定することができる。第1の時は、制御開始時(t=0)であってもよく、制御開始時よりも後であってもよい。第1の時、第2の時および閾値については、予め予備試験を行って設定し、メモリに記録しておくことが好ましい。 The determination unit is configured to determine whether an internal leak is occurring in the humidifier based on a change in voltage value during control. As shown in FIG. 4A, for example, the determination unit determines the voltage value (v1) at a first time (t1) during control and the voltage value at a second time (t2) after the first time. If the difference (ΔV) from the value (v2) is less than the threshold value, it can be determined that an internal leak has occurred in the humidifier. The first time may be at the start of control (t=0) or may be after the start of control. It is preferable that the first time, the second time, and the threshold value be set by performing a preliminary test in advance and recorded in the memory.

また、加湿器の内部リークが発生している場合は、図2に示すように、制御中の電圧変化(電圧低下)は緩やかとなるが、燃料電池内部およびガス流路内部の酸素を消費していくと、酸素が不足して発電できなくなる。そのため、加湿器に内部リークが発生している場合には、図4(b)に示すように、燃料電池の電圧低下速度が急激に変化するポイント(変化点P)が観察される。そのため、判定部は、変化点Pが観察された場合に、加湿器に内部リークが発生したと判定することができる。また、変化点Pが観察された場合において、制御を開始してから変化点Pが観察される時(tp)までの時間に基づき、加湿器の内部リークが発生しているか否かを判定してもよい。変化点Pを定義するための電圧低下速度の変化量、および、変化点Pが観察されるまでの時間については、予め予備試験を行って設定し、メモリに記録しておくことが好ましい。 In addition, if an internal leak occurs in the humidifier, as shown in Figure 2, the voltage change (voltage drop) during control will be gradual, but the oxygen inside the fuel cell and gas flow path will be consumed. As time goes on, there will be a lack of oxygen and power generation will no longer be possible. Therefore, when internal leakage occurs in the humidifier, a point (change point P) at which the voltage drop rate of the fuel cell rapidly changes is observed, as shown in FIG. 4(b). Therefore, when the change point P is observed, the determination unit can determine that an internal leak has occurred in the humidifier. In addition, when the change point P is observed, it is determined whether an internal leak has occurred in the humidifier based on the time from the start of control until the time when the change point P is observed (tp). You can. It is preferable that the amount of change in the voltage drop rate for defining the change point P and the time until the change point P is observed be set by performing a preliminary test in advance and recorded in the memory.

また、判定部は、制御開始から所定の電圧にまで低下するのに要した時間に基づき、加湿器に内部リークが発生していたか否かを判定してもよい。所定の電圧としては、燃料電池の下限電圧とすることが好ましい。「所定の電圧」および「時間」については、予め予備試験を行って設定し、メモリに記録しておくことが好ましい。 Further, the determination unit may determine whether an internal leak has occurred in the humidifier based on the time required for the voltage to drop to a predetermined voltage from the start of control. The predetermined voltage is preferably the lower limit voltage of the fuel cell. It is preferable that the "predetermined voltage" and "time" be set by conducting a preliminary test in advance and recorded in the memory.

(2)判定装置が行う処理
図5は、本開示における判定装置が実行する処理を例示するフローチャートである。ステップS1では、酸素含有ガスの供給を停止した状態で、水素ガスを供給するよう制御する。これにより、燃料電池の発電を継続させる。そして、ステップ2において、上記制御中における燃料電池の開回路電圧値を所得する。そして、ステップS3において、上記制御中の、所定時間における開回路電圧値の減少量(ΔV)が閾値未満であれば、ステップS4に進み、加湿器に異常が発生したことを報告して処理を終了する。
(2) Processing executed by the determination device FIG. 5 is a flowchart illustrating the processing executed by the determination device according to the present disclosure. In step S1, control is performed to supply hydrogen gas while the supply of oxygen-containing gas is stopped. This allows the fuel cell to continue generating electricity. Then, in step 2, the open circuit voltage value of the fuel cell during the above control is obtained. Then, in step S3, if the amount of decrease (ΔV) in the open circuit voltage value during the predetermined time period during the above control is less than the threshold value, the process proceeds to step S4, where it is reported that an abnormality has occurred in the humidifier and processing is performed. finish.

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。 Note that the present disclosure is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiments are illustrative, and any configuration that has substantially the same technical idea as the claims of the present disclosure and provides similar effects is the present invention. within the technical scope of the disclosure.

10 …燃料電池
20 …供給器
30 …加湿器
40 …監視ユニット
50 …ECU
100 …燃料電池システム
10...Fuel cell 20...Supplier 30...Humidifier 40...Monitoring unit 50...ECU
100...Fuel cell system

Claims (1)

燃料電池と、
前記燃料電池に酸素含有ガスを供給する、供給器と、
前記酸素含有ガスを前記燃料電池から排出されたカソードオフガスに含まれる水分により加湿する、加湿器と、
前記燃料電池の電圧を測定する、電圧センサと、
前記加湿器において内部リークが発生しているか否かを判定する、判定装置と、を有する燃料電池システムであって、
前記判定装置は、
前記電圧センサから、電圧値を取得する、取得部と、
前記供給器の酸素含有ガスの供給を止めた状態で前記燃料電池を発電するよう制御する、制御部と、
前記制御中における電圧値の変化に基づき、前記判定を行う、判定部と、を有する燃料電池システム。
fuel cell and
a supply device that supplies oxygen-containing gas to the fuel cell;
a humidifier that humidifies the oxygen-containing gas with moisture contained in cathode off gas discharged from the fuel cell;
a voltage sensor that measures the voltage of the fuel cell;
A fuel cell system comprising: a determination device that determines whether an internal leak has occurred in the humidifier;
The determination device includes:
an acquisition unit that acquires a voltage value from the voltage sensor;
a control unit that controls the fuel cell to generate electricity while the supply of oxygen-containing gas from the supply device is stopped;
A fuel cell system comprising: a determination unit that makes the determination based on a change in voltage value during the control.
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