JP4685643B2 - Fuel cell system and fuel cell control method - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell control method. Specifically, the present invention relates to a fuel cell system mounted on an automobile and a method for controlling the fuel cell.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device. An apparatus.

燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。   The fuel cell has, for example, a stack structure in which several tens to several hundreds of cells are stacked. Here, each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and these electrodes. And a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the two.

この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。   When hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode of the fuel cell and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode, power is generated by an electrochemical reaction. Since only harmless water is generated at the time of power generation, fuel cells are attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.

以上の燃料電池システムは、例えば、イグニッションスイッチがオフされて燃料電池の停止が要求されると、直ちに水素ガスの供給を停止して、燃料電池システムを停止する。その後、燃料電池に残留する反応ガスの反応により、ガス循環ポンプを作動させて、掃気処理を行う（特許文献１参照）。
この特許文献１の燃料電池システムによれば、残留する反応ガスを反応させて電力を生成することで、反応ガスの有効利用を図ることができる。
特開平６−２２３８５９号公報 In the above fuel cell system, for example, when the ignition switch is turned off and the stop of the fuel cell is requested, the supply of hydrogen gas is immediately stopped and the fuel cell system is stopped. Thereafter, the gas circulation pump is operated by the reaction of the reaction gas remaining in the fuel cell to perform a scavenging process (see Patent Document 1).
According to the fuel cell system of Patent Document 1, the reactive gas can be effectively used by reacting the remaining reactive gas to generate electric power.
JP-A-6-223859

しかしながら、特許文献１に示された燃料電池システムでは、イグニッションスイッチをオフするタイミング次第で、燃料電池システムが保有する残留反応ガス量が異なるため、掃気処理を十分に実施できない場合があった。また、残留反応ガスによる発電でまかなえなかった電力は、バッテリから取り出す必要があり、バッテリの小型化が困難となる。   However, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, the amount of residual reaction gas held by the fuel cell system differs depending on the timing at which the ignition switch is turned off. Moreover, it is necessary to take out the electric power that cannot be generated by the power generation using the residual reaction gas from the battery, which makes it difficult to reduce the size of the battery.

本発明は、反応ガスを供給しなくても掃気処理を十分に実施でき、かつ、バッテリを小型化できる燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention, even without supplying a reaction gas can be sufficiently carried out scavenging process, and aims at the battery to provide a control method for a fuel cell system and the fuel cell can be downsized.

（１）燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１０）と、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池に流路（例えば、実施の形態における流路５０）を通して供給する供給手段（例えば、実施の形態における供給装置２０）と、前記供給手段を制御する制御手段（例えば、実施の形態における制御装置３０）と、を備える燃料電池システムであって、前記流路は、前記燃料電池から排出されたガスを再び前記燃料電池に供給する循環流路（例えば、実施の形態における循環流路５１）を含み、前記供給手段は、前記循環流路内のガス量を増加させるガス量増加手段（例えば、実施の形態における圧力調整弁２５２）を備え、前記制御手段は、前記循環流路内のガス量を検出するガス量検出手段（例えば、実施の形態における圧力センサ３１）と、前記燃料電池の停止が要求されると、前記ガス量検出手段で検出されたガス量が所定値以上であるか否かを判定する判定手段（例えば、実施の形態における判定手段４１）と、当該判定手段で前記ガス量が前記所定値未満であると判定した場合には、前記ガス量増加手段により前記循環流路内のガス量を前記所定値以上になるまで増加させた後に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方のガスの供給を停止する停止手段（例えば、実施の形態における停止手段４２）と、当該停止手段により前記ガスの供給が停止された後、前記循環流路内のガスを利用して前記燃料電池を発電させ、この燃料電池の発電電力の少なくとも一部を利用して、前記流路を掃気する掃気手段（例えば、実施の形態における掃気手段４３）と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 (1) A fuel cell (for example, the fuel cell 10 in the embodiment) that generates electric power by a reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and a flow path (for example, in the embodiment) through the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell. A fuel cell system comprising supply means (for example, the supply device 20 in the embodiment) supplied through the flow path 50) and control means for controlling the supply means (for example, the control device 30 in the embodiment). The flow path includes a circulation flow path (for example, the circulation flow path 51 in the embodiment) for supplying the gas discharged from the fuel cell to the fuel cell again, and the supply means includes the circulation flow path. Gas amount increasing means for increasing the amount of gas in the gas (for example, the pressure regulating valve 252 in the embodiment), and the control means detects the gas amount in the circulation flow path. Means (for example, pressure sensor 31 in the embodiment) and determination means for determining whether or not the gas amount detected by the gas amount detection means is greater than or equal to a predetermined value when the stop of the fuel cell is requested (For example, the determination unit 41 in the embodiment) and when the determination unit determines that the gas amount is less than the predetermined value, the gas amount in the circulation flow path is determined by the gas amount increase unit. Stop means (for example, stop means 42 in the embodiment) for stopping the supply of at least one of the fuel gas and the oxidant gas after the increase to a predetermined value or more, and supply of the gas by the stop means after There is stopped, by using the gas in the circulation passage to power the fuel cell, the fuel at least a portion of the generated power of the battery by using a scavenging means for scavenging the flow path (eg The fuel cell system characterized by comprising a scavenging means 43) in the embodiment.

ここで、燃料ガスは、例えば、水素ガスであり、酸化剤ガスは、例えば、酸素を含む空気である。   Here, the fuel gas is, for example, hydrogen gas, and the oxidant gas is, for example, air containing oxygen.

（１）の発明によれば、制御手段に判定手段および停止手段を設けたので、燃料電池の停止が要求されると、循環流路内のガス量を所定値以上確保してからガスの供給を停止する。よって、循環流路内に残留したガスを利用することで、燃料ガスや酸化剤ガスを供給しなくても、燃料電池で発電できる。
したがって、掃気手段を駆動するエネルギを確保でき、掃気処理を十分に実施できる。さらには、燃料電池システムを停止した際に、掃気不足になって次回の起動性が低下するのを防止できる。
そのうえ、掃気手段をバッテリおよび燃料電池からの電力により駆動する構成とすれば、バッテリからの持ち出す電力を低減できるから、バッテリを小型化できる。また、燃料電池システムを停止する前に、掃気処理や次回起動のための電力をバッテリに充電する必要があるが、バッテリからの持ち出す電力を低減できるので、燃料電池システム停止前の充電時間を短縮できる。 According to the invention of (1), since the determination means and the stop means are provided in the control means, when the stop of the fuel cell is requested, the gas supply in the circulation flow path is ensured after ensuring a predetermined amount or more. To stop. Therefore, by using the gas remaining in the circulation channel, it is possible to generate power with the fuel cell without supplying fuel gas or oxidant gas.
Therefore, energy for driving the scavenging means can be secured, and the scavenging process can be sufficiently performed. Furthermore, when the fuel cell system is stopped, it is possible to prevent the next startability from being deteriorated due to insufficient scavenging.
In addition, if the scavenging means is driven by the power from the battery and the fuel cell, the power taken out from the battery can be reduced, and the battery can be downsized. In addition, it is necessary to charge the battery for scavenging processing and next startup before stopping the fuel cell system. However, since the power taken from the battery can be reduced, the charging time before stopping the fuel cell system is shortened. it can.

（２）前記所定値は、前記掃気手段で前記流路内の水を排出するのに必要な電力を前記燃料電池により発電可能となるガス量であることを特徴とする（１）に記載の燃料電池システム。   (2) The predetermined value is an amount of gas that enables the fuel cell to generate electric power necessary for discharging water in the flow path by the scavenging means. Fuel cell system.

（２）の発明によれば、所定値を、掃気手段で流路内の水を排出するのに必要な電力を燃料電池により発電可能となるガス量とした。よって、燃料電池システムを停止しても、掃気処理を確実に行うことができるとともに、掃気処理に必要な電力をバッテリから持ち出すことがないため、バッテリの小型化や停止時間の短縮をより効果的に実現できる。   According to the invention of (2), the predetermined value is defined as the amount of gas that can be generated by the fuel cell using the electric power necessary for discharging the water in the flow path by the scavenging means. Therefore, even if the fuel cell system is stopped, the scavenging process can be performed reliably, and the power required for the scavenging process is not taken out of the battery, so the battery can be made more compact and the stop time can be shortened more effectively. Can be realized.

（３）燃料ガスおよび酸化剤ガスが流路を通して供給され、これら燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池の制御方法であって、前記流路は、前記燃料電池から排出されたガスを再び前記燃料電池に供給する循環流路を含み、前記燃料電池の停止が要求されると、前記循環流路内のガス量が所定値以上であるか否かを判定し、前記ガス量が前記所定値未満であると判定した場合には、前記循環流路内のガス量を前記所定値以上になるまで増加させた後に燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方のガスの供給を停止し、前記循環流路内のガスを利用して前記燃料電池を発電させ、この発電電力の少なくとも一部を利用して、前記流路を掃気することを特徴とする燃料電池の制御方法。   (3) A method of controlling a fuel cell in which fuel gas and oxidant gas are supplied through a flow path and generates power by reaction between the fuel gas and oxidant gas, wherein the flow path is discharged from the fuel cell. Including a circulation channel for supplying gas to the fuel cell again, and when the fuel cell is requested to stop, it is determined whether or not the gas amount in the circulation channel is equal to or greater than a predetermined value, and the gas amount Is determined to be less than the predetermined value, the amount of gas in the circulation passage is increased until it reaches the predetermined value or more, and then the supply of at least one of the fuel gas and the oxidant gas is stopped. A method of controlling a fuel cell, wherein the fuel cell is generated using gas in the circulation channel, and the channel is scavenged using at least a part of the generated power.

（３）の発明によれば、上述の（１）と同様の効果がある。   According to the invention of (3), there is an effect similar to the above (1).

本発明によれば、燃料電池の停止が要求されると、循環流路内のガス量を所定値以上確保してからガスの供給を停止する。よって、循環流路内に残留したガスを利用することで、ガスを供給しなくても、燃料電池で発電できる。したがって、掃気手段を駆動するエネルギを確保でき、掃気処理を十分に実施できる。さらには、燃料電池システムを停止した際に、掃気不足になって次回の起動性が低下するのを防止できる。そのうえ、掃気手段をバッテリおよび燃料電池からの電力により駆動する構成とすれば、バッテリからの持ち出す電力を低減できるから、バッテリを小型化できる。また、燃料電池システムを停止する前に、掃気処理や次回起動のための電力をバッテリに充電する必要があるが、バッテリからの持ち出す電力を低減できるので、燃料電池システム停止前の充電時間を短縮できる。   According to the present invention, when the stop of the fuel cell is required, the gas supply is stopped after securing the gas amount in the circulation flow path to a predetermined value or more. Therefore, by using the gas remaining in the circulation channel, power can be generated by the fuel cell without supplying the gas. Therefore, energy for driving the scavenging means can be secured, and the scavenging process can be sufficiently performed. Furthermore, when the fuel cell system is stopped, it is possible to prevent the next startability from being deteriorated due to insufficient scavenging. In addition, if the scavenging means is driven by the power from the battery and the fuel cell, the power taken out from the battery can be reduced, and the battery can be downsized. In addition, it is necessary to charge the battery for scavenging processing and next startup before stopping the fuel cell system. However, since the power taken from the battery can be reduced, the charging time before stopping the fuel cell system is shortened. it can.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０に流路５０を通して燃料ガスとしての水素ガスや酸化剤ガスとしての空気を供給する反応ガス供給手段としての供給装置２０と、この供給装置２０を制御する制御手段としての制御装置３０と、燃料電池１０および供給装置２０に電力を供給するバッテリ４０と、を有する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10, a supply device 20 as a reactive gas supply means for supplying hydrogen gas as a fuel gas or air as an oxidant gas to the fuel cell 10 through a flow path 50, and the supply device And a battery 40 for supplying power to the fuel cell 10 and the supply device 20.

燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。   The fuel cell 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer.

このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に反応ガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に反応ガスとしての酸素を含む空気が供給されると、電気化学反応により発電する。   In such a fuel cell 10, when hydrogen gas as a reaction gas is supplied to the anode electrode (anode) side and air containing oxygen as a reaction gas is supplied to the cathode electrode (cathode) side, an electrochemical reaction occurs. Generate electricity.

供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側に空気を供給するコンプレッサ２１と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク２２およびエゼクタ２８と、を含んで構成される。   The supply device 20 includes a compressor 21 that supplies air to the cathode electrode side of the fuel cell 10, a hydrogen tank 22 that supplies hydrogen gas to the anode electrode side, and an ejector 28.

コンプレッサ２１は、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。
また、燃料電池１０のカソード電極側には、エア排出路２４が接続され、このエア排出路２４には、背圧弁２４１が設けられる。 The compressor 21 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10 via the air supply path 23.
In addition, an air discharge path 24 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and a back pressure valve 241 is provided in the air discharge path 24.

水素タンク２２は、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。この水素供給路２５には、上述のエゼクタ２８が設けられている。水素供給路２５において、水素タンク２２近傍には遮断弁２５１が設けられ、この遮断弁２５１とエゼクタ２８との間にはガス量増加手段としての圧力調整弁２５２が設けられている。   The hydrogen tank 22 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10 through a hydrogen supply path 25. The hydrogen supply path 25 is provided with the above-described ejector 28. In the hydrogen supply path 25, a shutoff valve 251 is provided in the vicinity of the hydrogen tank 22, and a pressure regulating valve 252 as a gas amount increasing means is provided between the shutoff valve 251 and the ejector 28.

また、燃料電池１０のアノード電極側には、水素排出路２６が接続され、この水素排出路２６には、パージ弁２６１が設けられている。この水素排出路２６のうち燃料電池１０の近傍には、ガス量検出手段としての圧力センサ３１が設けられている。また、水素排出路２６のうちパージ弁２６１よりもアノード電極側には、分岐路２６２が接続されている。この分岐路２６２は、上述のエゼクタ２８まで延びている。   Further, a hydrogen discharge path 26 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10, and a purge valve 261 is provided in the hydrogen discharge path 26. A pressure sensor 31 serving as a gas amount detecting means is provided in the vicinity of the fuel cell 10 in the hydrogen discharge path 26. A branch path 262 is connected to the hydrogen discharge path 26 closer to the anode electrode than the purge valve 261. This branch path 262 extends to the ejector 28 described above.

エゼクタ２８は、水素排出路２６の分岐路２６２を通して、水素排出路２６に流れた水素ガスを回収し、水素供給路２５に還流する。   The ejector 28 collects the hydrogen gas that has flowed to the hydrogen discharge path 26 through the branch path 262 of the hydrogen discharge path 26 and returns it to the hydrogen supply path 25.

ここで、エア供給路２３、エア排出路２４、水素供給路２５、水素排出路２６、および分岐路２６２は、流路５０を構成する。
また、水素排出路２６のうち燃料電池１０からパージ弁２６１までの部分、分岐路２６２、および、水素供給路のうち遮断弁２５１からエゼクタを通って燃料電池１０までの部分は、燃料電池１０から排出されたガスを再び燃料電池１０に供給する循環流路５１（図１中流路５０のうちの太線部分）である。 Here, the air supply path 23, the air discharge path 24, the hydrogen supply path 25, the hydrogen discharge path 26, and the branch path 262 constitute a flow path 50.
Further, the portion of the hydrogen discharge path 26 from the fuel cell 10 to the purge valve 261, the branch path 262, and the portion of the hydrogen supply path from the shutoff valve 251 through the ejector to the fuel cell 10 are from the fuel cell 10. This is a circulation channel 51 (the thick line portion of the channel 50 in FIG. 1) that supplies the exhausted gas to the fuel cell 10 again.

バッテリ４０は、燃料電池１０に接続され、燃料電池１０で生成された電力が蓄えられる。また、バッテリ４０は、コンプレッサ２１に接続され、蓄えた電力をコンプレッサ２１に供給可能となっている。
なお、コンプレッサ２１は、燃料電池１０に接続されており、バッテリ４０からの電力に限らず、燃料電池１０で生成された電力によっても駆動するようになっている。 The battery 40 is connected to the fuel cell 10 and stores electric power generated by the fuel cell 10. The battery 40 is connected to the compressor 21 and can supply the stored power to the compressor 21.
The compressor 21 is connected to the fuel cell 10 and is driven not only by the power from the battery 40 but also by the power generated by the fuel cell 10.

上述のコンプレッサ２１、遮断弁２５１、圧力調整弁２５２、背圧弁２４１、およびパージ弁２６１は、後述の制御装置３０により制御される。
また、この制御装置３０には、上述の圧力センサ３１のほか、イグニッションスイッチ３２が接続されている。イグニッションスイッチ３２は、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従ってオン／オフ信号を制御装置３０に送信する。 The compressor 21, the shut-off valve 251, the pressure adjustment valve 252, the back pressure valve 241, and the purge valve 261 are controlled by the control device 30 described later.
In addition to the pressure sensor 31 described above, an ignition switch 32 is connected to the control device 30. The ignition switch 32 is provided in the driver's seat of the fuel cell vehicle, and transmits an on / off signal to the control device 30 in accordance with the operation of the driver.

燃料電池１０で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、パージ弁２６１を閉じておき、水素タンク２２から、水素供給路２５を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、コンプレッサ２１を駆動させることにより、エア供給路２３を介して、燃料電池１０のカソード側に空気を供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよび空気は、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路２６およびエア排出路２４に流入する。このとき、パージ弁２６１は閉じているので、水素排出路２６に流れた水素ガスは、エゼクタ２８に還流されて再利用される。
その後、パージ弁２６１および背圧弁２４１を適当な開度で開くことにより、水素ガス、空気、および残留水が、水素排出路２６およびエア排出路２４から排出される。 The procedure for generating power with the fuel cell 10 is as follows.
That is, the purge valve 261 is closed and hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 22 to the anode side of the fuel cell 10 through the hydrogen supply path 25. Further, by driving the compressor 21, air is supplied to the cathode side of the fuel cell 10 through the air supply path 23.
The hydrogen gas and air supplied to the fuel cell 10 are supplied to the power generation system, and then flow into the hydrogen discharge path 26 and the air discharge path 24 together with residual water such as produced water on the anode side from the fuel cell 10. At this time, since the purge valve 261 is closed, the hydrogen gas flowing into the hydrogen discharge path 26 is returned to the ejector 28 and reused.
Thereafter, by opening the purge valve 261 and the back pressure valve 241 at an appropriate opening degree, hydrogen gas, air, and residual water are discharged from the hydrogen discharge path 26 and the air discharge path 24.

図２は、制御装置３０のブロック図である。
制御装置３０は、判定手段４１、停止手段４２、および掃気手段４３を備える。 FIG. 2 is a block diagram of the control device 30.
The control device 30 includes a determination unit 41, a stop unit 42, and a scavenging unit 43.

圧力センサ３１は、循環流路５１内の水素ガスの圧力を測定して、制御装置３０に送信する。   The pressure sensor 31 measures the pressure of the hydrogen gas in the circulation channel 51 and transmits it to the control device 30.

判定手段４１は、イグニッションスイッチ３２がオフされて燃料電池１０の停止が要求されると、圧力センサ３１で検出されたガス圧が所定値以上であるか否かを判定する。   When the ignition switch 32 is turned off and the fuel cell 10 is requested to stop, the determination unit 41 determines whether or not the gas pressure detected by the pressure sensor 31 is equal to or higher than a predetermined value.

停止手段４２は、判定手段４１でガス圧が所定値未満であると判定した場合には、圧力調整弁２５２の開度を制御して、循環流路５１内のガス圧を所定値以上になるまで増加させて、その後、遮断弁２５１を閉じて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する。一方、判定手段４１でガス量が所定値を超えると判定した場合には、圧力調整弁２５２を作動することなく、遮断弁２５１を閉じて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する。   When the determination unit 41 determines that the gas pressure is less than the predetermined value, the stop unit 42 controls the opening of the pressure adjustment valve 252 so that the gas pressure in the circulation passage 51 becomes equal to or higher than the predetermined value. After that, the shutoff valve 251 is closed and the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped. On the other hand, if the determination means 41 determines that the gas amount exceeds a predetermined value, the shutoff valve 251 is closed without operating the pressure adjustment valve 252, and the supply of fuel gas and oxidant gas is stopped.

掃気手段４３は、背圧弁２４１、およびコンプレッサ２１を制御して、燃料電池１０の掃気処理を行う。
具体的には、背圧弁２４１を開いて、コンプレッサ２１を駆動する。すると、コンプレッサ２１から送られた掃気ガスとしての空気は、エア供給路２３、燃料電池１０のカソード側、およびエア排出路２４を介して、外部に排出される。 The scavenging means 43 controls the back pressure valve 241 and the compressor 21 to perform the scavenging process of the fuel cell 10.
Specifically, the back pressure valve 241 is opened and the compressor 21 is driven. Then, the air as the scavenging gas sent from the compressor 21 is discharged to the outside through the air supply path 23, the cathode side of the fuel cell 10, and the air discharge path 24.

以上の制御装置３０の判定手段４１および停止手段４２の具体的な動作について説明する。
図３は、循環流路５１内の水素圧とこの水素による発電量との関係を示す図である。
遮断弁２５１が閉じた状態では、燃料電池１０の発電量は、循環流路５１内の水素量により決定される。循環流路５１内の水素量は水素圧に比例するから、発電量は、循環流路５１内の水素圧に比例することになる。
なお、図３中破線は、掃気手段４３を駆動させるために必要な水素圧の下限であり、具体的には、掃気手段４３で流路５０内の水を排出するのに必要な電力を燃料電池１０により発電可能となる水素圧である。 Specific operations of the determination unit 41 and the stop unit 42 of the control device 30 will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the hydrogen pressure in the circulation channel 51 and the amount of power generated by this hydrogen.
When the shut-off valve 251 is closed, the amount of power generated by the fuel cell 10 is determined by the amount of hydrogen in the circulation channel 51. Since the amount of hydrogen in the circulation channel 51 is proportional to the hydrogen pressure, the amount of power generation is proportional to the hydrogen pressure in the circulation channel 51.
The broken line in FIG. 3 is the lower limit of the hydrogen pressure necessary for driving the scavenging means 43. Specifically, the electric power necessary for discharging the water in the flow path 50 by the scavenging means 43 is fueled. The hydrogen pressure is such that the battery 10 can generate power.

判定手段４１は、イグニッションスイッチがオフされると、圧力センサ３１で検出した水素ガスの圧力値が、上述の必要な水素圧の下限以上であるか否かを判定する。
停止手段４２は、図３中左側に示すように、水素ガスの圧力値が必要な水素圧の下限未満であると判定した場合には、圧力調整弁２５２を制御して、この水素ガスの圧力値を下限値以上になるまで増加させる。一方、図３中右側に示すように、水素ガスの圧力値が必要な水素圧の下限以上であると判定した場合には、水素ガスの圧力を増加させることはない。 When the ignition switch is turned off, the determination unit 41 determines whether or not the pressure value of the hydrogen gas detected by the pressure sensor 31 is equal to or higher than the lower limit of the necessary hydrogen pressure described above.
When the stop means 42 determines that the pressure value of the hydrogen gas is less than the lower limit of the required hydrogen pressure, as shown on the left side in FIG. 3, the stop means 42 controls the pressure regulating valve 252 to control the pressure of the hydrogen gas. Increase the value until it is above the lower limit. On the other hand, as shown on the right side in FIG. 3, when it is determined that the pressure value of the hydrogen gas is equal to or higher than the lower limit of the required hydrogen pressure, the pressure of the hydrogen gas is not increased.

以上の燃料電池システム１の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、イグニッションスイッチ３２（ＩＧ）がオフされると（ＳＴ１）、判定手段４１は、圧力センサ３１で検出された循環流路５１内の水素圧を確認し（ＳＴ２）、この水素圧が必要水素圧の下限値以上であるか否かを判定する（ＳＴ３）。
この判定が“ＮＯ”のときは、水素圧が不足しているため、圧力調整弁２５２を作動させて、循環流路５１内に水素を供給して水素量を増加させ（ＳＴ４）、ＳＴ２に戻る。一方、この判定が“ＹＥＳ”のときは、十分な水素圧を循環流路５１内に確保できているため、遮断弁２５１を閉じて水素を遮断する（ＳＴ５）。 The operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, when the ignition switch 32 (IG) is turned off (ST1), the determination means 41 confirms the hydrogen pressure in the circulation passage 51 detected by the pressure sensor 31 (ST2), and this hydrogen pressure is necessary hydrogen. It is determined whether the pressure is equal to or higher than the lower limit value (ST3).
When this determination is “NO”, since the hydrogen pressure is insufficient, the pressure regulating valve 252 is operated to supply hydrogen into the circulation channel 51 to increase the amount of hydrogen (ST4). Return. On the other hand, when this determination is “YES”, since a sufficient hydrogen pressure is secured in the circulation flow path 51, the shutoff valve 251 is closed to shut off hydrogen (ST5).

その後、循環流路５１内の残留水素により燃料電池１０で発電させ（ＳＴ６）、掃気手段４３を駆動し、燃料電池システム１の掃気処理を行う（ＳＴ７）。掃気処理が完了すると、燃料電池システム１を停止させる（ＳＴ８）。
なお、燃料電池システム１の掃気処理では、コンプレッサ２１を駆動する必要があるが、このコンプレッサ２１は、循環流路５１内の残留水素を利用して燃料電池１０で生成した電力により駆動され、掃気処理を行う。燃料電池１０で生成した電力では掃気処理を行うのに不足する場合には、コンプレッサ２１は、バッテリ４０からの電力も利用して駆動される（図１参照）。 Thereafter, power is generated by the fuel cell 10 using residual hydrogen in the circulation channel 51 (ST6), the scavenging means 43 is driven, and the scavenging process of the fuel cell system 1 is performed (ST7). When the scavenging process is completed, the fuel cell system 1 is stopped (ST8).
In the scavenging process of the fuel cell system 1, it is necessary to drive the compressor 21. This compressor 21 is driven by the power generated by the fuel cell 10 using the residual hydrogen in the circulation flow path 51, and scavenging. Process. When the electric power generated by the fuel cell 10 is insufficient to perform the scavenging process, the compressor 21 is driven using the electric power from the battery 40 (see FIG. 1).

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）制御装置３０に判定手段４１および停止手段４２を設けたので、イグニッションスイッチ３２がオフされることにより燃料電池１０の停止が要求されると、循環流路５１内の水素圧を必要水素圧の下限値以上確保してから、水素の供給を停止する。よって、循環流路５１内に残留した残留水素を利用することで、水素を供給しなくても、燃料電池１０で発電できる。
したがって、掃気手段４３を駆動するエネルギを確保でき、掃気処理を十分に実施できる。さらには、燃料電池システム１を停止した際に、掃気不足になって次回の起動性が低下するのを防止できる。
そのうえ、掃気手段４３をバッテリ４０および燃料電池１０からの電力により駆動する構成としたので、バッテリ４０からの持ち出す電力を低減できるから、バッテリ４０を小型化できる。また、燃料電池システム１を停止する前に、掃気処理や次回起動のための電力をバッテリに充電する必要があるが、バッテリ４０から持ち出す電力を低減できるため、燃料電池システム１を停止する前の充電時間を短縮できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the determination unit 41 and the stop unit 42 are provided in the control device 30, if the stop of the fuel cell 10 is requested by turning off the ignition switch 32, the hydrogen pressure in the circulation passage 51 is set to the required hydrogen. After ensuring the pressure lower than the lower limit, stop supplying hydrogen. Therefore, by using the residual hydrogen remaining in the circulation channel 51, the fuel cell 10 can generate power without supplying hydrogen.
Therefore, the energy for driving the scavenging means 43 can be secured, and the scavenging process can be sufficiently performed. Furthermore, when the fuel cell system 1 is stopped, it is possible to prevent the next startability from being deteriorated due to insufficient scavenging.
In addition, since the scavenging means 43 is driven by the electric power from the battery 40 and the fuel cell 10, the electric power brought out from the battery 40 can be reduced, so that the battery 40 can be reduced in size. In addition, before the fuel cell system 1 is stopped, it is necessary to charge the battery with scavenging processing or power for the next start. However, since the power taken out from the battery 40 can be reduced, the fuel cell system 1 before the stop is stopped. Charging time can be shortened.

（２）所定値を、循環流路５１内の水素を利用して燃料電池を発電させ、この発電した電力で掃気手段４３を駆動して流路５０内の水分を排出できるだけの値とした。よって、燃料電池システム１を停止しても、掃気処理を確実に行うことができるとともに、掃気処理に必要な電力をバッテリ４０から持ち出すことがないため、バッテリ４０の小型化や停止時間の短縮をより効果的に実現できる。   (2) The predetermined value is set to a value that allows the fuel cell to generate electric power using hydrogen in the circulation flow path 51 and drives the scavenging means 43 with the generated electric power to discharge the water in the flow path 50. Therefore, even if the fuel cell system 1 is stopped, the scavenging process can be performed reliably, and the electric power necessary for the scavenging process is not taken out from the battery 40. Therefore, the battery 40 can be downsized and the stop time can be shortened. It can be realized more effectively.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、掃気手段４３によりカソード側のみを掃気したが、これに限らず、掃気手段によりカソード側に加えてアノード側も掃気してもよい。
すなわち、エア供給路２３と水素供給路２５とをバイパスで接続し、このバイパスにエア導入弁を設ける。そして、コンプレッサを駆動する際に、エア導入弁を開くことで、コンプレッサ２１から送られた掃気ガスとしての空気は、バイパスを介して、水素供給路２５に導入され、燃料電池１０のアノード側および水素排出路２６を通って、外部に排出される。
ただし、アノード側も掃気する場合には、バッテリを十分に充電してから掃気を行う。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the present embodiment, only the cathode side is scavenged by the scavenging means 43, but the present invention is not limited to this, and the anode side may be scavenged in addition to the cathode side by the scavenging means.
That is, the air supply path 23 and the hydrogen supply path 25 are connected by a bypass, and an air introduction valve is provided in the bypass. When the compressor is driven, the air as the scavenging gas sent from the compressor 21 is introduced into the hydrogen supply path 25 via the bypass by opening the air introduction valve, and the anode side of the fuel cell 10 and It is discharged to the outside through the hydrogen discharge path 26.
However, when scavenging the anode side as well, scavenging is performed after the battery is fully charged.

また、本実施形態では、圧力調整弁２５２で循環流路内の水素ガスの圧力を調整したが、これに限らず、ポンプを用いて圧力を調整してもよい。
また、本実施形態では、アノード側のみの水素量を増加して、循環流路５１に密閉したが、これに限らず、例えば、カソード側のエア供給路２３やエア排出路２４内の酸素量を増加して密閉してもよい。このとき、酸素量を、アノード側の水素量よりも多くする必要がある。 In the present embodiment, the pressure of the hydrogen gas in the circulation channel is adjusted by the pressure adjustment valve 252. However, the pressure is not limited to this, and the pressure may be adjusted using a pump.
Further, in this embodiment, the amount of hydrogen only on the anode side is increased and sealed in the circulation flow path 51. However, the present invention is not limited to this. For example, the amount of oxygen in the cathode-side air supply path 23 and air discharge path 24 May be sealed. At this time, the amount of oxygen needs to be larger than the amount of hydrogen on the anode side.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムを構成する制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a control device constituting the fuel cell system according to the embodiment. 前記実施形態に係る燃料電池システムの循環流路内の水素圧とこの水素による発電量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hydrogen pressure in the circulation flow path of the fuel cell system which concerns on the said embodiment, and the electric power generation amount by this hydrogen. 前記実施形態に係る燃料電池システムのフローチャートである。4 is a flowchart of the fuel cell system according to the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…供給装置（供給手段）
２３…エア供給路（流路）
２４…エア排出路（流路）
２５…水素供給路（流路）
２６…水素排出路（流路）
３０…制御装置（制御手段）
３１…圧力センサ（ガス量検出手段）
４１…判定手段
４２…停止手段
４３…掃気手段
２５２…圧力調整弁（ガス量増加手段）
２６２…分岐路（流路）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell 20 ... Supply apparatus (supply means)
23 ... Air supply path (flow path)
24 ... Air discharge path (flow path)
25 ... Hydrogen supply path (flow path)
26 ... Hydrogen discharge path (flow path)
30 ... Control device (control means)
31 ... Pressure sensor (gas amount detection means)
41 ... Determination means 42 ... Stopping means 43 ... Scavenging means 252 ... Pressure regulating valve (gas amount increasing means)
262 ... Branch (flow path)

Claims (3)

燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池に流路を通して供給する供給手段と、前記供給手段を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記流路は、前記燃料電池から排出されたガスを再び前記燃料電池に供給する循環流路を含み、
前記供給手段は、前記循環流路内のガス量を増加させるガス量増加手段を備え、
前記制御手段は、前記循環流路内のガス量を検出するガス量検出手段と、
前記燃料電池の停止が要求されると、前記ガス量検出手段で検出されたガス量が所定値以上であるか否かを判定する判定手段と、
当該判定手段で前記ガス量が前記所定値未満であると判定した場合には、前記ガス量増加手段により前記循環流路内のガス量を前記所定値以上になるまで増加させた後に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方のガスの供給を停止する停止手段と、
当該停止手段により前記ガスの供給が停止された後、前記循環流路内のガスを利用して前記燃料電池を発電させ、この発電電力の少なくとも一部を利用して、前記流路を掃気する掃気手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell comprising: a fuel cell that generates electric power by a reaction between a fuel gas and an oxidant gas; a supply unit that supplies the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell through a flow path; and a control unit that controls the supply unit. A system,
The flow path includes a circulation flow path for supplying the gas discharged from the fuel cell to the fuel cell again,
The supply means includes gas amount increasing means for increasing the gas amount in the circulation flow path,
The control means includes a gas amount detection means for detecting a gas amount in the circulation channel;
A determination unit that determines whether or not the gas amount detected by the gas amount detection unit is equal to or greater than a predetermined value when the stop of the fuel cell is requested;
When it is determined by the determination means that the gas amount is less than the predetermined value, the gas amount is increased until the gas amount in the circulation channel is increased to the predetermined value or more by the gas amount increase means, and then the fuel gas Or stop means for stopping the supply of at least one of the oxidizing gas,
After the supply of the gas is stopped by the stop means, the fuel cell is generated using the gas in the circulation flow path, and the flow path is scavenged using at least a part of the generated power. And a scavenging means. 前記所定値は、前記掃気手段で前記流路内の水を排出するのに必要な電力を前記燃料電池により発電可能となるガス量であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined value is an amount of gas that enables the fuel cell to generate electric power necessary for discharging water in the flow path by the scavenging means. . 燃料ガスおよび酸化剤ガスが流路を通して供給され、これら燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池の制御方法であって、
前記流路は、前記燃料電池から排出されたガスを再び前記燃料電池に供給する循環流路を含み、
前記燃料電池の停止が要求されると、前記循環流路内のガス量が所定値以上であるか否かを判定し、
前記ガス量が前記所定値未満であると判定した場合には、前記循環流路内のガス量を前記所定値以上になるまで増加させた後に燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方のガスの供給を停止し、
前記循環流路内のガスを利用して前記燃料電池を発電させ、この発電電力の少なくとも一部を利用して、前記流路を掃気することを特徴とする燃料電池の制御方法。 A control method for a fuel cell in which a fuel gas and an oxidant gas are supplied through a flow path and generates power by a reaction between the fuel gas and the oxidant gas,
The flow path includes a circulation flow path for supplying the gas discharged from the fuel cell to the fuel cell again,
When the stop of the fuel cell is requested, it is determined whether or not the amount of gas in the circulation channel is a predetermined value or more,
When it is determined that the gas amount is less than the predetermined value, supply of at least one of the fuel gas and the oxidant gas after increasing the gas amount in the circulation channel until the gas amount becomes the predetermined value or more. Stop
A method for controlling a fuel cell, comprising: generating gas in the fuel cell using gas in the circulation channel; and scavenging the channel using at least a part of the generated power.
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