JP4788322B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、特に車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機に適用して有効である。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and is particularly effective when applied to a mobile generator such as a vehicle, a ship, and a portable generator. is there.

燃料電池は発電反応に伴い水を生成し、その生成水の一部は発電停止後にも燃料電池内部に残留する。残留水が多い場合には、氷点下のような低温環境下での燃料電池始動時に触媒表面やガス流路等で残留水が凍結して、反応ガスが触媒まで到達できず、燃料電池での発電が継続できないという問題があった。また、氷点下にならずともガス流路や拡散層、触媒層に残留した水が存在し、触媒に反応ガスが到達するのを阻害し、燃料電池での発電が継続できないという問題があった。   The fuel cell generates water along with the power generation reaction, and part of the generated water remains inside the fuel cell even after power generation is stopped. If there is a lot of residual water, the residual water freezes on the catalyst surface or gas flow path when starting the fuel cell in a low-temperature environment such as below freezing, and the reaction gas cannot reach the catalyst. There was a problem that could not continue. Further, there is a problem that even if the temperature is not below freezing, water remaining in the gas flow path, the diffusion layer, and the catalyst layer is present, preventing the reaction gas from reaching the catalyst, and power generation in the fuel cell cannot be continued.

このため、発電停止時に掃気処理（乾燥処理）を行う際に、ガス流路の供給口と排出口の圧力差からガス流路の水分量を検出し、次回燃料電池を始動するための最適水分残留条件が成立したときに、掃気処理を停止する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−２０９６３４号公報 Therefore, when performing scavenging (drying) when power generation is stopped, the moisture content in the gas channel is detected from the pressure difference between the supply port and the discharge port of the gas channel, and the optimum moisture for starting the fuel cell next time A method of stopping the scavenging process when a residual condition is established has been proposed (see Patent Document 1).
JP 2005-209634 A

しかしながら、燃料電池のガス流路に付着した液水がガス流路の供給口と排出口の圧力差に与える影響は小さい。このため、供給口と排出口の圧力差から水分量を検出しようとする場合には、高精度の圧力センサあるいは高精度の差圧計を用いる必要があり、コストアップにつながる。   However, the influence of liquid water adhering to the gas flow path of the fuel cell on the pressure difference between the supply port and the discharge port of the gas flow path is small. For this reason, when it is intended to detect the amount of water from the pressure difference between the supply port and the discharge port, it is necessary to use a high-precision pressure sensor or a high-precision differential pressure gauge, leading to an increase in cost.

また、ガス流路の供給口と排出口の圧力差を増加させるためには、掃気処理を行う際のエアパージ流量を増加させればよい。しかしながら、エアパージを行うには空気供給装置を作動させる電力が必要である。その電力は移動体（燃料電池自動車等）においては、二次電池から供給せざるを得ず、二次電池の温度が低い場合は、大きな電力を連続して取り出すのは困難であるという問題があった。   In order to increase the pressure difference between the supply port and the discharge port of the gas flow path, the air purge flow rate when performing the scavenging process may be increased. However, in order to perform air purge, electric power for operating the air supply device is required. In the mobile body (fuel cell vehicle, etc.), the power must be supplied from the secondary battery. When the temperature of the secondary battery is low, it is difficult to continuously extract large power. there were.

本発明は上記点に鑑み、燃料電池の発電停止時に掃気処理を行う際に、二次電池から大きな電力を連続して出力させることなく、ガス流路の供給口と排出口の圧力差からガス流路の水分量を精度よく検出することを目的とする。   In view of the above points, the present invention provides a gas from the pressure difference between the supply port and the discharge port of the gas channel without continuously outputting large power from the secondary battery when performing the scavenging process when the power generation of the fuel cell is stopped. The object is to detect the moisture content of the flow path with high accuracy.

上記目的を達成するため、本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１）と、燃料電池（１）から電力供給を受けて充電可能な二次電池（３）と、燃料電池（１）の発電停止時に二次電池（３）から電力供給を受けて燃料電池（１）内にパージ用空気を供給する掃気処理を行う掃気手段（２２）と、燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出する圧力差検出手段（２７、２８）と、パージ用空気の流量を検出する流量検出手段（２４）と、掃気手段（２２）による掃気処理を制御する制御手段（５０）とを備える燃料電池システムにおいて、
制御手段（５０）は、掃気処理を行う際に、掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させ、パージ用空気の流量を増加させたときに、圧力差検出手段（２７、２８）により燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出するとともに、流量検出手段（２４）によりパージ用空気の流量を検出し、流量検出手段（２４）により検出したパージ用空気の流量に基づいて、掃気処理の終了を判定するための基準圧力差を決定し、圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が基準圧力差を上回っている場合に、掃気手段（２２）による掃気処理を継続し、圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が基準圧力差を上回っていない場合に、掃気手段（２２）による掃気処理を終了することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell (1) that generates electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas, and a rechargeable battery (1) that can be charged by receiving power from the fuel cell (1). 3), a scavenging means (22) for performing a scavenging process for receiving the power supply from the secondary battery (3) and supplying purge air into the fuel cell (1) when power generation of the fuel cell (1) is stopped; Pressure difference detecting means (27, 28) for detecting the pressure difference between the inlet and outlet of the purge air in the battery (1), a flow rate detecting means (24) for detecting the flow rate of the purge air, and a scavenging means ( And a control means (50) for controlling the scavenging process according to 22),
When the scavenging process is performed, the control means (50) intermittently increases the flow rate of the purge air supplied by the scavenging means (22), and detects the pressure difference when the flow rate of the purge air is increased. The means (27, 28) detects the pressure difference between the inlet part and the outlet part of the purge air in the fuel cell (1), and the flow rate detection means (24) detects the flow rate of the purge air. A reference pressure difference for determining the end of the scavenging process is determined based on the flow rate of the purge air detected in 24), and the pressure difference detected by the pressure difference detecting means (27, 28) exceeds the reference pressure difference. If the pressure difference detected by the pressure difference detecting means (27, 28) does not exceed the reference pressure difference, the scavenging process by the scavenging means (22) is continued. The It is characterized in that Ryosuru.

このように、掃気処理を行っている際に、間欠的に空気流量を増加させることで、二次電池（３）から大きな電力を連続的に出力させることなく、燃料電池（１）のパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を精度よく測定することができる。これにより、低温環境下で二次電池（３）から大きな電力を連続的に出力させることが困難な場合においても、燃料電池（１）の内部水分量を精度よく検出することができる。また、燃料電池（１）の空気入口部と空気出口部の圧力差を測定する際には、パージ用空気の流量を一時的に増大させているので、高精度の圧力センサ等を用いることなく、汎用のセンサでガス流路の水分量を精度よく検出することができる。   Thus, during the scavenging process, by intermittently increasing the air flow rate, the secondary battery (3) can be purged without continuously outputting large electric power. The pressure difference between the air inlet and outlet can be accurately measured. Thereby, even when it is difficult to continuously output large electric power from the secondary battery (3) in a low temperature environment, the internal moisture content of the fuel cell (1) can be detected with high accuracy. Further, when measuring the pressure difference between the air inlet and the air outlet of the fuel cell (1), the flow rate of the purge air is temporarily increased, so that a highly accurate pressure sensor or the like is not used. The moisture amount in the gas flow path can be accurately detected with a general-purpose sensor.

また、圧力差検出手段として、燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部にてパージ用空気の圧力を検出する第１の圧力センサ（２７）と、燃料電池（１）におけるパージ用空気の出口部にてパージ用空気の圧力を検出する第２の圧力センサ（２８）を用いることができる。さらに、圧力差検出手段として差圧センサを用いることができる。   Further, as a pressure difference detection means, a first pressure sensor (27) for detecting the pressure of the purge air at the inlet of the purge air in the fuel cell (1), and a purge air in the fuel cell (1) A second pressure sensor (28) that detects the pressure of the purge air at the outlet can be used. Furthermore, a differential pressure sensor can be used as the pressure difference detection means.

また、二次電池（３）の温度を検出する温度検出手段（４）を備え、制御部（５０）は、温度検出手段（４）により検出した二次電池（３）の温度が二次電池（３）の出力特性に影響が生じる所定温度を下回っている場合に掃気処理を行う際に、掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させるようにしてもよい。   Moreover, the temperature detection means (4) which detects the temperature of a secondary battery (3) is provided, and a control part (50) is a secondary battery in which the temperature of the secondary battery (3) detected by the temperature detection means (4) is a secondary battery. When the scavenging process is performed when the temperature is below a predetermined temperature that affects the output characteristics of (3), the flow rate of the purge air supplied by the scavenging means (22) may be increased intermittently. .

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、本発明を燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した実施例である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example in which the present invention is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.

図１は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１を備えている。本実施形態では燃料電池１として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となるセル１００が複数積層されて構成されている。   FIG. 1 is a conceptual diagram of the fuel cell system of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a fuel cell 1 that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In this embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 1, and a plurality of cells 100 serving as a basic unit are stacked.

燃料電池１では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。なお、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素（空気）が本発明の酸化剤ガスに相当している。   In the fuel cell 1, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electrical energy. Note that hydrogen corresponds to the fuel gas of the present invention, and oxygen (air) corresponds to the oxidant gas of the present invention.

アノード（水素極）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード（酸素極）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
全体 Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
図２（ａ）は燃料電池１の断面図であり、図２（ｂ）はセパレータ１０４の側面図である。図２（ａ）に示すように、各セル１００は、電解質膜１０１、触媒層１０２、拡散層１０３、セパレータ１０４、電極板１０５、絶縁板１０６、締結板１０７を備えている。電解質膜１０１の両外側には一対の触媒層１０２は配置され、触媒層１０２の外側には一対の拡散層１０３が配置されている。触媒層１０２と拡散層１０３は電極（水素極と酸素極）を構成している。 Anode (hydrogen electrode) H 2 → 2H + + 2e −
Cathode (oxygen electrode) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
Overall H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
2A is a cross-sectional view of the fuel cell 1, and FIG. 2B is a side view of the separator 104. FIG. As shown in FIG. 2A, each cell 100 includes an electrolyte membrane 101, a catalyst layer 102, a diffusion layer 103, a separator 104, an electrode plate 105, an insulating plate 106, and a fastening plate 107. A pair of catalyst layers 102 are disposed on both outer sides of the electrolyte membrane 101, and a pair of diffusion layers 103 are disposed on the outer sides of the catalyst layer 102. The catalyst layer 102 and the diffusion layer 103 constitute electrodes (hydrogen electrode and oxygen electrode).

拡散層１０３には、セパレータ１０４が配置されている。セパレータ１０４には、反応ガスが通過する溝状の反応ガス経路１０４ａ、１０４ｂと、冷却水が通過する冷却水経路１０４ｃが形成されている。水素極側に配置されたセパレータ１０４には、反応ガス経路として水素が通過する水素経路（燃料ガス経路）１０４ａが形成されており、空気極側に配置されたセパレータ１０４には、反応ガス経路として酸素（空気）が通過する空気経路（酸化剤ガス経路）１０４ｂが形成されている。   A separator 104 is disposed in the diffusion layer 103. The separator 104 is formed with groove-like reaction gas passages 104a and 104b through which reaction gas passes and a cooling water passage 104c through which cooling water passes. The separator 104 disposed on the hydrogen electrode side is provided with a hydrogen path (fuel gas path) 104a through which hydrogen passes as a reaction gas path. The separator 104 disposed on the air electrode side includes a reaction gas path. An air path (oxidant gas path) 104b through which oxygen (air) passes is formed.

図２（ｂ）に示すように、セパレータ１０４には、空気経路１０４ｂに空気を流入出させるための空気入口部１０４ｄと空気出口部１０４ｅが形成されている。さらに、セパレータ１０４には、水素経路１０４ａに水素を流入出させるための水素入口部１０４ｆと水素出口部１０４ｇが設けられ、冷却水経路１０４ｃに冷却水を流入出させるための冷却水入口部１０４ｈと冷却水出口部１０４ｉが設けられている。そして、上記電気化学反応によって酸素極側で生成した水分は空気経路１０４ｂに滞留することとなる。   As shown in FIG. 2B, the separator 104 has an air inlet portion 104d and an air outlet portion 104e for allowing air to flow into and out of the air path 104b. Further, the separator 104 is provided with a hydrogen inlet portion 104f and a hydrogen outlet portion 104g for allowing hydrogen to flow into and out of the hydrogen passage 104a, and a cooling water inlet portion 104h for allowing cooling water to flow into and out of the cooling water passage 104c. A cooling water outlet 104i is provided. And the water | moisture content produced | generated on the oxygen electrode side by the said electrochemical reaction will stay in the air path 104b.

図１に戻り、燃料電池１と二次電池３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を介して電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、燃料電池１から二次電池３あるいは二次電池３から燃料電池１への電力の流れをコントロールする。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は昇降圧チョッパ回路で、燃料電池１で発生した電力を二次電池３に充電したり、二次電池３に蓄えられた電力を燃料電池１や走行用インバータ４に供給することができる装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は電圧の大きさに関わらず双方向に電力のやり取りが可能となっている。   Returning to FIG. 1, the fuel cell 1 and the secondary battery 3 are electrically connected via a DC-DC converter 2. The DC-DC converter 2 controls the flow of power from the fuel cell 1 to the secondary battery 3 or from the secondary battery 3 to the fuel cell 1. The DC-DC converter 2 is a step-up / down chopper circuit that charges the secondary battery 3 with the electric power generated in the fuel cell 1 and supplies the electric power stored in the secondary battery 3 to the fuel cell 1 and the traveling inverter 4. It is a device that can. The DC-DC converter 2 can exchange power bidirectionally regardless of the magnitude of the voltage.

二次電池３は、燃料電池１から供給された電気エネルギーを蓄えると共に、蓄えた電気エネルギーを各種の電気負荷に供給するものであり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。二次電池３は、充電量に関する信号を後述の制御部５０に出力するように構成されている。二次電池３には、二次電池３の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４が設けられている。   The secondary battery 3 stores the electric energy supplied from the fuel cell 1 and supplies the stored electric energy to various electric loads. For example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used. The secondary battery 3 is configured to output a signal related to the charge amount to the control unit 50 described later. The secondary battery 3 is provided with a temperature sensor 4 as temperature detecting means for detecting the temperature of the secondary battery 3.

ＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３の間に走行用インバータ５が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２を経由した燃料電池１からの電力あるいは二次電池３からの電力が走行用インバータ５へ供給される。なお、走行用インバータ５は燃料電池１とＤＣ−ＤＣコンバータ２の間に接続してもよい。   A traveling inverter 5 is connected between the DC-DC converter 2 and the secondary battery 3. Power from the fuel cell 1 or power from the secondary battery 3 via the DC-DC converter 2 is supplied to the traveling inverter 5. The traveling inverter 5 may be connected between the fuel cell 1 and the DC-DC converter 2.

走行用インバータ５は、走行用モータ６を駆動させたりあるいは電力を回生させるためのインバータである。本実施形態の走行用インバータ５は３相インバータであり、３相の交流電力を走行用モータ６に供給し、走行用モータ６を回転させることで燃料電池車両を走行させる。   The traveling inverter 5 is an inverter for driving the traveling motor 6 or regenerating electric power. The traveling inverter 5 of the present embodiment is a three-phase inverter, and supplies the three-phase AC power to the traveling motor 6 and rotates the traveling motor 6 to cause the fuel cell vehicle to travel.

また、燃料電池１の発電時に余った電力を二次電池３に蓄えることができる。二次電池３は回生ブレーキなどによって回生された電力を蓄えることができるため、効率的な車両システムとすることができる。通常、二次電池３は最適な充電状態に充電されている。本実施形態では、二次電池３から走行用インバータ５に電力供給できるように構成されており、例えば急加速時などに急激に大きな電力が必要な場合に、燃料電池１からだけでなく二次電池３からも電力を引き出して走行用インバータ５に供給することで対応することができる。   Further, the surplus power during power generation by the fuel cell 1 can be stored in the secondary battery 3. Since the secondary battery 3 can store electric power regenerated by a regenerative brake or the like, an efficient vehicle system can be obtained. Usually, the secondary battery 3 is charged in an optimal charging state. In the present embodiment, the secondary battery 3 is configured to be able to supply power to the traveling inverter 5. For example, when a large amount of electric power is required suddenly at the time of rapid acceleration, for example, not only from the fuel cell 1 but also the secondary battery. This can be dealt with by drawing electric power from the battery 3 and supplying it to the driving inverter 5.

さらにＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３との間には、後述のＷ／Ｐ用モータ４２を作動させるためのＷ／Ｐ用インバータ７と圧縮機用モータ２３を作動させるための圧縮機用インバータ８が接続されている。さらに、燃料電池システムには、燃料電池１の端子間電圧を検出するための電圧センサ８と、燃料電池１からの出力電流を検出するための電流センサ９が設けられている。   Further, between the DC-DC converter 2 and the secondary battery 3, a compressor for operating a W / P inverter 7 and a compressor motor 23 for operating a W / P motor 42 to be described later. An inverter 8 is connected. Further, the fuel cell system is provided with a voltage sensor 8 for detecting a voltage between terminals of the fuel cell 1 and a current sensor 9 for detecting an output current from the fuel cell 1.

燃料電池システムには、燃料電池１の酸素極に供給される酸素ガス（空気）が通過する空気供給経路２０と、燃料電池１の酸素極から排出される空気極側排ガスが通過する空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０には、空気を供給するための空気供給装置２２が設けられている。本実施形態では、空気供給装置２２として空気圧縮機を用いている。空気供給装置２２は圧縮機用モータ２３と機械的に接続されてている。圧縮機用モータ２３は、圧縮機用インバータ８により電力供給されるとともに、回転数制御される。   The fuel cell system includes an air supply path 20 through which oxygen gas (air) supplied to the oxygen electrode of the fuel cell 1 passes, and an air discharge path through which the air electrode side exhaust gas discharged from the oxygen electrode of the fuel cell 1 passes. 21 is provided. The air supply path 20 is provided with an air supply device 22 for supplying air. In the present embodiment, an air compressor is used as the air supply device 22. The air supply device 22 is mechanically connected to the compressor motor 23. The compressor motor 23 is supplied with power by the compressor inverter 8 and is controlled in rotation speed.

本実施形態では、燃料電池１の発電停止後、空気供給装置２２が二次電池３からの電力供給を受けて燃料電池１の空気極にパージ用空気を供給し、空気極に存在する水分を除去する掃気処理（エアパージ）を行うように構成されている。なお、空気供給装置２２が本発明の掃気手段に相当している。   In the present embodiment, after the power generation of the fuel cell 1 is stopped, the air supply device 22 receives power supply from the secondary battery 3 and supplies purge air to the air electrode of the fuel cell 1 to remove moisture present in the air electrode. The scavenging process (air purge) to be removed is performed. The air supply device 22 corresponds to the scavenging means of the present invention.

空気供給経路２０における空気供給装置２２の上流側には、燃料電池１に供給される空気の流量を検出する流量検出手段としてのエアフロセンサ２４が設けられている。また、空気排出経路２１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力（燃料電池１の背圧）を調整する調圧装置２６が設けられている。   On the upstream side of the air supply device 22 in the air supply path 20, an airflow sensor 24 is provided as a flow rate detection means for detecting the flow rate of the air supplied to the fuel cell 1. Further, the air discharge path 21 is provided with a pressure adjusting device 26 that adjusts the exhaust pressure of the air (back pressure of the fuel cell 1) so as to obtain a desired pressure.

空気供給経路２０における燃料電池１の入口部近傍には、燃料電池１の空気入口部の空気圧を検出するための第１の圧力センサ２７が設けられている。空気排出経路２１における燃料電池１の出口部近傍には、燃料電池１の空気出口部の空気圧を検出するための第２の圧力センサ２８が設けられている。なお、第１の圧力センサ２７と第２の圧力センサ２８が本発明の圧力差検出手段に相当している。   A first pressure sensor 27 for detecting the air pressure at the air inlet of the fuel cell 1 is provided near the inlet of the fuel cell 1 in the air supply path 20. A second pressure sensor 28 for detecting the air pressure at the air outlet of the fuel cell 1 is provided near the outlet of the fuel cell 1 in the air discharge path 21. The first pressure sensor 27 and the second pressure sensor 28 correspond to the pressure difference detecting means of the present invention.

また、発電時における電気化学反応のために、燃料電池１内の固体高分子膜を水分を含んだ湿潤状態にしておく必要がある。このため、空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側には、燃料電池１に供給される空気に加湿するための加湿装置２５が設けられている。加湿装置２５は、燃料電池１から排出され湿った排気空気に含まれる水分を用いて、空気供給装置２２の吐出後の空気を加湿する。   In addition, for the electrochemical reaction during power generation, the solid polymer film in the fuel cell 1 needs to be in a wet state containing moisture. Therefore, a humidifier 25 for humidifying the air supplied to the fuel cell 1 is provided on the downstream side of the air supply device 22 in the air supply path 20. The humidifier 25 humidifies the air discharged from the air supply device 22 using moisture contained in the humid exhaust air discharged from the fuel cell 1.

燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素ガスが通過する水素供給経路３０と、燃料電池１の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路３１が設けられている。水素供給経路３０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素ガスを供給するための水素供給装置３２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置３２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。   The fuel cell system is provided with a hydrogen supply path 30 through which hydrogen gas supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 passes and a hydrogen discharge path 31 through which hydrogen electrode side exhaust gas discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell 1 passes. It has been. A hydrogen supply device 32 for supplying hydrogen gas to the hydrogen electrode of the fuel cell 1 is provided at the most upstream portion of the hydrogen supply path 30. In the present embodiment, a hydrogen tank filled with high-pressure hydrogen is used as the hydrogen supply device 32.

水素供給経路３０には、上流側から順に第１シャット弁３３、調圧装置３４、第２シャット弁３５が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、第１シャット弁３３と第２シャット弁３５を開き、調圧装置３４によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。車両停止時には、安全の為第１シャット弁３３、第２シャット弁３５は閉められる。   The hydrogen supply path 30 is provided with a first shut valve 33, a pressure regulator 34, and a second shut valve 35 in order from the upstream side. When supplying hydrogen to the fuel cell 1, the first shut valve 33 and the second shut valve 35 are opened, and a desired hydrogen pressure is supplied to the fuel cell 1 by the pressure regulator 34. When the vehicle is stopped, the first shut valve 33 and the second shut valve 35 are closed for safety.

水素排出配管３１には、第３シャット弁３６が設けられている。必要に応じて第３シャット弁３６を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出配管３１を介して、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜１０１を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。   The hydrogen discharge pipe 31 is provided with a third shut valve 36. If necessary, the third shut valve 36 is opened to pass through the electrolyte membrane 101 from the hydrogen electrode side of the fuel cell 1 through the hydrogen discharge pipe 31 and from the unreacted hydrogen gas, vapor (or water) and air electrode side. Thus, impurities such as nitrogen and oxygen mixed on the hydrogen electrode side are discharged.

燃料電池１は発電に伴い発熱を生じる。このため、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却して作動温度が効率の良い温度（８０℃前後）となるよう冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４１、ウォータポンプ４１を駆動するＷ／Ｐ用モータ４２、ファン４３を備えたラジエータ４４が設けられている。   The fuel cell 1 generates heat as power is generated. For this reason, the fuel cell system is provided with a cooling system so that the fuel cell 1 is cooled and the operating temperature becomes an efficient temperature (around 80 ° C.). The cooling system includes a cooling water path 40 that circulates the cooling water (heat medium) in the fuel cell 10, a water pump (W / P) 41 that circulates the cooling water, a W / P motor 42 that drives the water pump 41, A radiator 44 including a fan 43 is provided.

ウォータポンプ４１はＷ／Ｐ用モータ４２と機械的に接続されており、Ｗ／Ｐ用モータ４２を回転させることによりウォータポンプ４１を回転させて燃料電池１に冷却液を循環させる。Ｗ／Ｐ用モータ４２は、Ｗ／Ｐ用インバータ７により電力供給されるとともに、回転数制御される。   The water pump 41 is mechanically connected to the W / P motor 42, and rotates the water pump 41 by rotating the W / P motor 42 to circulate the coolant in the fuel cell 1. The W / P motor 42 is supplied with power by the W / P inverter 7 and is controlled in rotation speed.

冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ４４をバイパスさせるためのバイパス経路４５が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４５との合流点には、バイパス経路４５に流れる冷却水流量を調整するための三方切替弁４６が設けられている。   The cooling water path 40 is provided with a bypass path 45 for bypassing the cooling water to the radiator 44. A three-way switching valve 46 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the bypass path 45 is provided at the junction of the cooling water path 40 and the bypass path 45.

また、冷却水経路４０における燃料電池１の出口側近傍には、燃料電池１から流出した冷却水の温度を検出する温度センサ４７が設けられている。この温度センサ４７により冷却水温度を検出することで、燃料電池１の温度ＴFCを間接的に検出することができる。温度センサ４７を燃料電池１本体に直接設置し、燃料電池温度ＴFCを直接的に検出してもよい。 Further, a temperature sensor 47 for detecting the temperature of the cooling water flowing out from the fuel cell 1 is provided in the vicinity of the outlet side of the fuel cell 1 in the cooling water path 40. By detecting the cooling water temperature by the temperature sensor 47, it is possible to indirectly detect the temperature T FC of the fuel cell 1. The temperature sensor 47 is placed directly in the fuel cell 1 body, the fuel cell temperature T FC may be directly detected.

燃料電池１で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４４で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ４１による流量制御、ファン４３による風量制御、三方切替弁４６によるバイパス流量制御で、燃料電池１の冷却量制御を行うことができる。   The heat generated in the fuel cell 1 is discharged out of the system by the radiator 44 through the cooling water. By such a cooling system, the cooling amount control of the fuel cell 1 can be performed by the flow control by the water pump 41, the air flow control by the fan 43, and the bypass flow control by the three-way switching valve 46.

燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。制御部５０には、各種負荷からの要求電力信号、２次電池３からの充電量の関する信号、電圧センサ８からの電圧信号、電流センサ９からの電流信号、エアフロセンサ２４からの空気流量信号、圧力センサ２７、２８からの圧力信号、温度センサ４、４７からの温度信号等が入力される。また、制御部５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２、二次電池３、インバータ５、７、８、モータ２３、４２、調圧装置２６、シャット弁３３、３５、３６、調圧装置３４、ファン４３、三方切替弁４６等に制御信号を出力するように構成されている。   The fuel cell system is provided with a control unit (ECU) 50 as control means for performing various controls. The control unit 50 is configured by a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, and the like, and executes processing such as various calculations according to a program stored in the ROM. The control unit 50 includes a request power signal from various loads, a signal related to the charge amount from the secondary battery 3, a voltage signal from the voltage sensor 8, a current signal from the current sensor 9, and an air flow signal from the airflow sensor 24. The pressure signals from the pressure sensors 27 and 28, the temperature signals from the temperature sensors 4 and 47, and the like are input. The control unit 50 includes a DC-DC converter 2, a secondary battery 3, inverters 5, 7, 8, motors 23, 42, a pressure regulator 26, shut valves 33, 35, 36, a pressure regulator 34, and a fan 43. The control signal is output to the three-way switching valve 46 and the like.

次に、本実施形態の燃料電池１の掃気処理について図３、図４に基づいて説明する。図３は、制御部５０がＲＯＭ等に格納されたプログラムにしたがって行う掃気処理を示すフローチャートである。   Next, the scavenging process of the fuel cell 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing a scavenging process performed by the control unit 50 in accordance with a program stored in a ROM or the like.

本制御は、キースイッチがオフになり、燃料電池１の発電が停止することで開始する。まず、二次電池３の残存容量ＱBを検出し（Ｓ１０）、二次電池３の温度ＴBを検出する（Ｓ１１）。次に、二次電池３の残存容量ＱBと温度ＴBに基づいて掃気パターンを決定する（Ｓ１２）。 This control starts when the key switch is turned off and the power generation of the fuel cell 1 is stopped. First, the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is detected (S10), and the temperature T B of the secondary battery 3 is detected (S11). Next, a scavenging pattern is determined based on the remaining capacity Q B and temperature T B of the secondary battery 3 (S12).

二次電池３は、通常化学反応を利用しているので、低温時には出力電力が大きく低下するが、低温時でも短時間であれば比較的大きな電力を出力することができる。そこで、本実施形態では、空気供給装置２２による空気供給圧を間欠的に上昇させ、燃料電池１の空気極側への空気流量を間欠的に増加させる。二次電池３の残存容量ＱBと温度ＴBに基づいて、所定時間（例えば１〜３秒間）継続して出力可能な電力である短時間可能出力を算出する。そして、短時間可能出力に基づいて、掃気パターンを決定する。 Since the secondary battery 3 normally uses a chemical reaction, the output power is greatly reduced at a low temperature, but a relatively large power can be output for a short time even at a low temperature. Therefore, in the present embodiment, the air supply pressure by the air supply device 22 is intermittently increased, and the air flow rate to the air electrode side of the fuel cell 1 is intermittently increased. Based on the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 and the temperature T B , a short-time possible output that is power that can be continuously output for a predetermined time (for example, 1 to 3 seconds) is calculated. Then, the scavenging pattern is determined based on the short-time possible output.

図４は、本実施形態の燃料電池システムの掃気パターンを示している。本実施形態では、図４に示すように、空気供給装置２２により供給される空気流量を、第１空気流量Ｆ１と第１空気流量Ｆ１より少ない第２空気流量Ｆ２とに交互に変化させる。つまり、第２空気流量Ｆ２で供給している空気流量を間欠的に第１空気流量Ｆ１に増加させる。第１空気流量Ｆ１は、二次電池３の短時間可能出力により空気供給装置２２で供給可能な空気流量である。第２空気流量Ｆ２は、二次電池３で長時間出力可能な電力で空気供給装置２２で供給可能な空気流量である。本実施形態では、第２空気流量Ｆ２から第１空気流量Ｆ１に空気流量を増加させる時間を１〜３秒とし、第２空気流量Ｆ２で空気を供給する時間を５〜１０秒としている。   FIG. 4 shows a scavenging pattern of the fuel cell system of the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the air flow rate supplied by the air supply device 22 is alternately changed to a first air flow rate F1 and a second air flow rate F2 that is less than the first air flow rate F1. That is, the air flow supplied at the second air flow rate F2 is intermittently increased to the first air flow rate F1. The first air flow rate F <b> 1 is an air flow rate that can be supplied by the air supply device 22 by the short-time possible output of the secondary battery 3. The second air flow rate F <b> 2 is an air flow rate that can be supplied by the air supply device 22 with electric power that can be output for a long time by the secondary battery 3. In the present embodiment, the time for increasing the air flow rate from the second air flow rate F2 to the first air flow rate F1 is 1 to 3 seconds, and the time for supplying air at the second air flow rate F2 is 5 to 10 seconds.

次に、空気供給装置２２にて燃料電池１の空気極側にパージ用の空気を供給開始する（Ｓ１３）。これにより、燃料電池１の空気極側に存在する水分が飽和蒸気として燃料電池１から排出され、さらに空気流により液滴として燃料電池１から押し出される。   Next, the air supply device 22 starts supplying purge air to the air electrode side of the fuel cell 1 (S13). Thereby, the water | moisture content which exists in the air electrode side of the fuel cell 1 is discharged | emitted from the fuel cell 1 as saturated vapor | steam, and is further extruded from the fuel cell 1 as a droplet by an air flow.

そして、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差の測定のために、空気流量を一時的に第１空気流量Ｆ１に増加させる（Ｓ１４）。空気流量が最大となったときの燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差ΔＰAを圧力センサ２７、２８により検出し、空気流量が最大となったときの空気流量ＦAをエアフロセンサ２４で検出する（Ｓ１５）。 Then, in order to measure the pressure difference between the air inlet and the air outlet of the fuel cell 1, the air flow rate is temporarily increased to the first air flow rate F1 (S14). The pressure difference ΔP A between the air inlet portion and the air outlet portion of the fuel cell 1 when the air flow rate becomes maximum is detected by the pressure sensors 27 and 28, and the air flow rate F A when the air flow rate becomes maximum is detected. It is detected by the sensor 24 (S15).

次に、空気流量ＦAに基づいて基準圧力差ΔＰZを決定する（Ｓ１６）。基準圧力差ΔＰZは、掃気処理の終了を判定するための値であり、空気流量ＦAにより変動する値である。具体的には、基準圧力差ΔＰZは、燃料電池１の空気極側に残存する水分が低温環境下で凍結したときに次回の低温からの始動を妨げず、かつ燃料電池１の電解質膜１０１が乾燥しすぎない最適水分量となった場合の燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差として設定される。 Next, the reference pressure difference ΔP Z is determined based on the air flow rate F A (S16). The reference pressure difference ΔP Z is a value for determining the end of the scavenging process, and is a value that varies depending on the air flow rate F A. Specifically, the reference pressure difference ΔP Z does not prevent the start from the next low temperature when moisture remaining on the air electrode side of the fuel cell 1 is frozen in a low temperature environment, and the electrolyte membrane 101 of the fuel cell 1 Is set as the pressure difference between the air inlet portion and the air outlet portion of the fuel cell 1 when the water content reaches an optimal amount of water that does not dry too much.

次に、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っているか否かを判定する（Ｓ１７）。この結果、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っていると判定された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、燃料電池１の内部水分量が最適水分量になっていると判断できるので、空気供給装置２２による掃気を終了する（Ｓ１８）。 Next, it is determined whether or not the measured pressure difference ΔP A is less than the reference pressure difference ΔP Z (S17). As a result, when it is determined that the measured pressure difference ΔP A is lower than the reference pressure difference ΔP Z (S17: YES), it can be determined that the internal water content of the fuel cell 1 is the optimal water content. Then, scavenging by the air supply device 22 is terminated (S18).

一方、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っていないと判定された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、燃料電池１の内部水分量が過多であると判断できるので、空気供給装置２２による掃気を第２空気流量Ｆ２で継続する（Ｓ１９）。 On the other hand, if it is determined that the measured pressure difference ΔP A is not less than the reference pressure difference ΔP Z (S17: NO), it can be determined that the internal water content of the fuel cell 1 is excessive, so the air supply device 22 The scavenging by is continued at the second air flow rate F2 (S19).

次に、二次電池３の残存容量ＱBを検出する（Ｓ２０）。この結果、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを下回っているか否かを判定する（Ｓ２１）。基準容量ＱRは、燃料電池１の次回始動時に必要とされる残存容量であり、本実施形態では二次電池３の充電率（ＳＯＣ）が４０％を下回らない容量に設定している。 Next, the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is detected (S20). As a result, it is determined whether or not the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is lower than the reference capacity Q R (S21). Reference capacitance Q R is a residual capacity required for the next startup of the fuel cell 1 is set to the capacitance of the charging rate of the secondary battery 3 (SOC) is not less than 40% in this embodiment.

Ｓ２０による判定処理の結果、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを下回っていると判定された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、空気供給装置２２による掃気を終了する（Ｓ１８）。一方、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを下回っていないと判定された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、二次電池３の残存容量ＱBに余裕があるので、Ｓ１４に移行して掃気処理を継続する。 Results of the determination process by S20, if the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is judged to be lower than the reference capacity Q R (S21: YES), and ends the scavenging by air supply device 22 (S18) . On the other hand, if the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is determined to not less than the reference capacity Q R is (S21: NO), since there is a margin in the remaining capacity Q B of the secondary battery 3, to S14 Transition to continue the scavenging process.

燃料電池１の空気極側に空気を供給する掃気処理を継続することで、燃料電池１の内部水分量が徐々に減少し、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回るようになる。図４で示した例では、掃気処理を開始してから燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差ΔＰAを４回目に測定したときに、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っている。 By continuing the scavenging process for supplying air to the air electrode side of the fuel cell 1, the internal moisture content of the fuel cell 1 gradually decreases, and the measured pressure difference ΔP A between the air inlet portion and the air outlet portion of the fuel cell 1. Becomes lower than the reference pressure difference ΔP Z. In the example shown in FIG. 4, when the pressure difference ΔP A between the air inlet portion and the air outlet portion of the fuel cell 1 is measured for the fourth time after the scavenging process is started, the measured pressure difference ΔP A is the reference pressure difference ΔP. Below Z.

以上のように、燃料電池１の内部から水分を除去するために掃気処理を行っている際に、間欠的に空気流量を増加させることで、二次電池３から大きな電力を連続的に出力させることなく、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差を精度よく測定することができる。これにより、低温環境下で二次電池３から大きな電力を連続的に出力させることが困難な場合においても、燃料電池１の内部水分量を精度よく検出することができる。   As described above, when the scavenging process is performed in order to remove moisture from the inside of the fuel cell 1, a large amount of power is continuously output from the secondary battery 3 by intermittently increasing the air flow rate. The pressure difference between the air inlet and the air outlet of the fuel cell 1 can be accurately measured. Thereby, even when it is difficult to continuously output a large amount of power from the secondary battery 3 in a low temperature environment, the internal moisture content of the fuel cell 1 can be accurately detected.

また、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差を測定する際には、燃料電池１の空気極に供給される空気流量を一時的に増大させているので、高精度の圧力センサ等を用いることなく、汎用の圧力センサでガス流路の水分量を精度よく検出することができる。   Further, when measuring the pressure difference between the air inlet portion and the air outlet portion of the fuel cell 1, the air flow rate supplied to the air electrode of the fuel cell 1 is temporarily increased, so that a highly accurate pressure sensor is used. The amount of water in the gas flow path can be detected with high accuracy using a general-purpose pressure sensor without using the above.

また、本実施形態では、周期的に燃料電池１の空気極側への空気流量を増大させているので、供給空気に脈動を与えることができ、燃料電池１の空気極側に存在する水分の排出性を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, since the air flow rate to the air electrode side of the fuel cell 1 is periodically increased, pulsation can be given to the supplied air, and the moisture present on the air electrode side of the fuel cell 1 can be increased. Emission can be improved.

また、周期的に燃料電池１の空気極側への空気流量を増大させることで、掃気用の空気を乱流領域で使用することとなるので、圧力損失はガス流量の二乗となる。この結果、燃料電池１の入口部と出口部の圧力差が大きくなり、検出精度を向上させることができる。   Further, by periodically increasing the air flow rate toward the air electrode side of the fuel cell 1, scavenging air is used in the turbulent flow region, so that the pressure loss is the square of the gas flow rate. As a result, the pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the fuel cell 1 is increased, and the detection accuracy can be improved.

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、燃料電池１の空気極側のみで掃気処理を行ったが、燃料電池１の水素極側で同様の掃気処理を行ってもよい。例えば燃料電池１の水素経路が循環系になっており、循環回路に気液分離器が設けられているシステムであれば、図示しない水素循環ポンプにより循環回路中に水素を循環させることで、気液分離器により液体の水を回収する。 (Other embodiments)
In the above embodiment, the scavenging process is performed only on the air electrode side of the fuel cell 1, but the same scavenging process may be performed on the hydrogen electrode side of the fuel cell 1. For example, in a system in which the hydrogen path of the fuel cell 1 is a circulation system and a gas-liquid separator is provided in the circulation circuit, hydrogen is circulated in the circulation circuit by a hydrogen circulation pump (not shown). Liquid water is recovered by a liquid separator.

また、上記実施形態では、圧力差検出手段として燃料電池１の空気入口部と空気出口部のそれぞれに圧力センサ２７、２８を用いたが、これに限らず、圧力差検出手段として周知の差圧センサを用いてもよい。差圧センサには、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力が導入されるようにすればよい。   Further, in the above embodiment, the pressure sensors 27 and 28 are used as the pressure difference detection means at the air inlet portion and the air outlet portion of the fuel cell 1, respectively. A sensor may be used. What is necessary is just to make it the pressure of the air inlet part and the air outlet part of the fuel cell 1 be introduce | transduced into a differential pressure sensor.

また、上記実施形態の構成において、二次電池３の温度ＴBが所定の基準温度ＴRを上回っているか否かで、掃気パターンを異ならせてもよい。判定基準温度ＴRは、二次電池３の出力特性に影響が生じる温度であり、二次電池３から比較的大きな電力を連続して出力できるか否かを判定するための基準となる温度である。判定基準温度ＴRは、二次電池３の種類によって異なるが、例えば０℃程度に設定することができる。 In the configuration of the above embodiment, depending on whether or not the temperature T B of the secondary battery 3 is higher than the predetermined reference temperature T R, it may have different scavenging pattern. Determination reference temperature T R is the temperature which affects the output characteristics of the secondary battery 3, a temperature which is a criterion for determining whether a relatively large electric power from the secondary battery 3 can be output continuously is there. The determination reference temperature T R varies depending on the type of the secondary battery 3, but can be set to about 0 ° C., for example.

二次電池３の温度ＴBが判定基準温度ＴRを上回っている場合には、空気供給装置２２により供給される空気流量を、燃料電池１の空気極に存在する水分が燃料電池１の空気入口側と空気出口側における圧力差に与える影響が充分に大きくなる空気流量に設定する。そして、掃気処理を行う際は、空気供給装置２２にて連続的にパージ用空気を供給する。一方、二次電池３の温度ＴBが判定基準温度ＴRを上回っていない場合には、上記実施形態で説明したように、空気供給装置２２にて供給するパージ用空気の流量を間欠的に増大させる。 If the temperature T B of the secondary battery 3 is greater than the determination reference temperature T R is the air flow rate supplied by the air supply device 22, moisture present in the air electrode of the fuel cell 1 is of the fuel cell 1 Air The air flow rate is set so that the influence on the pressure difference between the inlet side and the air outlet side is sufficiently large. When performing the scavenging process, the air supply device 22 continuously supplies purge air. On the other hand, if the temperature T B of the secondary battery 3 does not exceed the determined reference temperature T R, as described in the above embodiment, the flow rate of the purge air supplied by the air supply device 22 intermittently Increase.

上記実施形態の燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system of the said embodiment. （ａ）は燃料電池の断面図であり、（ｂ）はセパレータの側面図である。(A) is sectional drawing of a fuel cell, (b) is a side view of a separator. 上記実施形態の掃気処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the scavenging process of the said embodiment. 上記実施形態の燃料電池システムの掃気パターンを示している。The scavenging pattern of the fuel cell system of the embodiment is shown.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池、２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３…二次電池、４…温度センサ、５…走行用インバータ、６…走行用モータ、７…Ｗ／Ｐ用インバータ、８…圧縮機用インバータ、９…電圧センサ、１０…電流センサ、２０…空気供給配管、２１…空気放出配管、２２…空気供給装置、圧縮機用モータ、２４…エアフロセンサ、２５…加湿装置、２６…調圧装置、２７…第１の圧力センサ、２８…第２の圧力センサ、３０…水素供給経路、３１…水素排出経路、３２…水素供給装置、３３、３５、３６…シャット弁、３４…調圧装置、４０…冷却水経路、４１…ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）、４２…Ｗ／Ｐ用モータ、４４…ラジエータ、４７…温度センサ、５０…制御部（ＥＣＵ）。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... DC-DC converter, 3 ... Secondary battery, 4 ... Temperature sensor, 5 ... Traveling inverter, 6 ... Traveling motor, 7 ... W / P inverter, 8 ... Compressor inverter, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Voltage sensor, 10 ... Current sensor, 20 ... Air supply piping, 21 ... Air discharge piping, 22 ... Air supply device, motor for compressors, 24 ... Air flow sensor, 25 ... Humidification device, 26 ... Pressure regulator, 27 ... 1st pressure sensor, 28 ... 2nd pressure sensor, 30 ... Hydrogen supply path, 31 ... Hydrogen discharge path, 32 ... Hydrogen supply apparatus, 33, 35, 36 ... Shut valve, 34 ... Pressure regulator, 40 ... Cooling water path, 41 ... water pump (W / P), 42 ... W / P motor, 44 ... radiator, 47 ... temperature sensor, 50 ... control unit (ECU).

Claims (4)

酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１）と、
前記燃料電池（１）から電力供給を受けて充電可能な二次電池（３）と、
前記燃料電池（１）の発電停止時に前記二次電池（３）から電力供給を受けて前記燃料電池（１）内にパージ用空気を供給する掃気処理を行う掃気手段（２２）と、
前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出する圧力差検出手段（２７、２８）と、
前記燃料電池（１）に供給されるパージ用空気の流量を検出する流量検出手段（２４）と、
前記掃気手段（２２）による掃気処理を制御する制御手段（５０）とを備え、
前記制御手段（５０）は、
前記掃気処理を行う際に、前記掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させ、
パージ用空気の流量を増加させたときに、前記圧力差検出手段（２７、２８）により前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出するとともに、前記流量検出手段（２４）によりパージ用空気の流量を検出し、
前記流量検出手段（２４）により検出したパージ用空気の流量に基づいて、前記掃気処理の終了を判定するための基準圧力差を決定し、
前記圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が前記基準圧力差を上回っている場合に、前記掃気手段（２２）による掃気処理を継続し、前記圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が前記基準圧力差を上回っていない場合に、前記掃気手段（２２）による掃気処理を終了することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (1) for generating electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas;
A secondary battery (3) that can be charged by receiving power from the fuel cell (1);
Scavenging means (22) for receiving a power supply from the secondary battery (3) when generating power of the fuel cell (1) and performing a scavenging process for supplying purge air into the fuel cell (1);
Pressure difference detection means (27, 28) for detecting a pressure difference between the inlet and outlet of purge air in the fuel cell (1);
Flow rate detection means (24) for detecting the flow rate of purge air supplied to the fuel cell (1);
Control means (50) for controlling the scavenging process by the scavenging means (22),
The control means (50)
When performing the scavenging process, the flow rate of purge air supplied by the scavenging means (22) is increased intermittently,
When the flow rate of the purge air is increased, the pressure difference detecting means (27, 28) detects the pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the purge air in the fuel cell (1) and detects the flow rate. The flow rate of purge air is detected by means (24),
Based on the flow rate of the purge air detected by the flow rate detection means (24), a reference pressure difference for determining the end of the scavenging process is determined,
When the pressure difference detected by the pressure difference detection means (27, 28) exceeds the reference pressure difference, the scavenging process by the scavenging means (22) is continued, and the pressure difference detection means (27, 28) The scavenging process by the scavenging means (22) is terminated when the pressure difference detected by (2) does not exceed the reference pressure difference. 前記圧力差検出手段が、前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部にてパージ用空気の圧力を検出する第１の圧力センサ（２７）と、燃料電池（１）におけるパージ用空気の出口部にてパージ用空気の圧力を検出する第２の圧力センサ（２８）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。 The pressure difference detecting means detects the pressure of the purge air at the inlet of the purge air in the fuel cell (1), and the purge air in the fuel cell (1). The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is a second pressure sensor (28) for detecting the pressure of the purge air at the outlet. 圧力差検出手段が、前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出する差圧センサ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 pressure difference detecting means is a differential pressure sensor that detects a pressure difference between an inlet portion and an outlet portion of purge air in the fuel cell. 前記二次電池（３）の温度を検出する温度検出手段（４）を備え、
前記制御部（５０）は、前記温度検出手段（４）により検出した前記二次電池（３）の温度が前記二次電池（３）の出力特性に影響が生じる所定温度を下回っている場合に前記掃気処理を行う際に、前記掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
Temperature detection means (4) for detecting the temperature of the secondary battery (3),
When the temperature of the secondary battery (3) detected by the temperature detection means (4) is below a predetermined temperature that affects the output characteristics of the secondary battery (3), the control unit (50) The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein when the scavenging process is performed, the flow rate of the purge air supplied by the scavenging means (22) is intermittently increased. .
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