JP4803996B2 - Low temperature startup method for fuel cell and fuel cell system - Google Patents
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Description
この発明は、一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を、水の凍結温度以下で起動させるための燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell low-temperature activation method and a fuel cell system for activating a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes and a separator are stacked at a temperature below the freezing temperature of water. About.
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持している。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 Generally, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane), It is clamped by a separator. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by alternately stacking a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。 In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized with hydrogen on an electrode catalyst, and is cathoded through an electrolyte membrane. Move to the side electrode side. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen reacts to produce water.
ところで、この種の燃料電池では、イオン導電性を維持するために、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。さらに、カソード側電極では、上記のように反応による生成水が存在している。このため、燃料電池を氷点下(水の凍結温度以下)で始動させようとすると、前記燃料電池内の水分が凍結し易く、該燃料電池内で電気化学反応が行われ難いという不具合が指摘されている。 By the way, in this type of fuel cell, in order to maintain ionic conductivity, it is necessary to appropriately humidify the electrolyte membrane made of the polymer ion exchange membrane. Furthermore, water generated by the reaction is present at the cathode side electrode as described above. For this reason, it has been pointed out that when the fuel cell is started below freezing point (below the freezing temperature of water), the water in the fuel cell is likely to be frozen and the electrochemical reaction is difficult to occur in the fuel cell. Yes.
そこで、例えば、特許文献1には、Dupont社製のNAFION(登録商標)及びDow社製の実験用膜(商品番号XUX 13204.10)のような電解質膜は、−20℃の温度であっても十分にイオン的に伝導性を有して燃料電池内で電気化学反応が可能であることが開示されている。
Therefore, for example,
この特許文献1では、上記の電解質膜を用いることにより、水の凝固温度よりも低い温度から燃料電池電力発生装置の作動を開始するための方法を開示している。電力発生装置は、外部電気回路に対して電流を供給するために前記外部電気回路に接続可能な燃料電池堆積体を有している。堆積体は、少なくとも一つの燃料電池を有し、前記燃料電池が、正極と、負極と、これらの間に挿入された水透過性イオン交換膜とを備えた膜電極組立品を具備するとともに、前記膜電極組立品の少なくとも一部の温度が水の凝固温度より低い。そして、この方法は、膜電極組立品の一部の温度が水の凝固温度を超過するように、堆積体から外部電気回路に電流を供給する工程を含んでいる。
This
上記の特許文献1において、コア温度が−23℃で4個の堆積体が作動を開始した積層体電圧と時間(分)との関係(プロットX)と、堆積体コア温度と時間(分)との関係(プロットY)とが、図7のように示されている。
In the
しかしながら、上記の特許文献1では、図7から分かるように、作動開始後の約4分間、水素の流れる通路が水又は氷により塞がれてしまい、水素の流れが適切に行われていないという問題がある。さらに、4分後に50アンペアの負荷に接続されると、約45アンペアの出力が得られたものの、出力電流は約8秒で約15アンペアまで低下してしまう。これは、生成水が凍結したからである。
However, in the above-mentioned
このように、特許文献1では、水の凝固温度以下であっても、燃料電池の作動が可能になるものの、氷や生成水の凍結によって所望の始動状態に迅速に移行することが困難であるという問題がある。
As described above, in
この発明はこの種の問題を解決するものであり、特に水の凍結温度以下の環境で、迅速な始動が確実に遂行され、通常運転に効率的に移行することが可能な燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, particularly in an environment below the freezing temperature of water, and a low-temperature start-up of a fuel cell that can be promptly started reliably and can efficiently shift to normal operation. It is an object to provide a method and a fuel cell system.
また、この発明では、特に水の凍結温度以下の環境で、迅速な始動が確実に遂行され、通常運転に効率的に移行する際に、エネルギ損失を削減すること、換言すれば、必要最小限のエネルギにより始動及び効率的な通常運転への移行を可能とする燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 In addition, the present invention reduces the energy loss, in other words, the necessary minimum, when a quick start is surely performed, particularly in an environment below the freezing temperature of water, and when it efficiently shifts to normal operation. It is an object of the present invention to provide a fuel cell cold start method and a fuel cell system that can be started and efficiently shifted to normal operation with the energy of the fuel cell.
この出願人の出願に係る特願2004−200192号明細書によれば、以下のことが記載されており、この発明は、これらの知見を基礎としている。 According to the specification of Japanese Patent Application No. 2004-200192 relating to the applicant's application, the following is described, and the present invention is based on these findings.
すなわち、特願2004−200192号明細書によれば、水の凍結温度以下の環境において、図8に示すように、特定の電圧下で出力電流がガス圧力によって変動し、電圧降下を惹起することがなく、安定して最大電流を取り出すことができることを見出した。その際、ガス圧力が高くなるのに比例して、取り出される出力電流が向上した。 That is, according to the specification of Japanese Patent Application No. 2004-200192, in an environment below the freezing temperature of water, as shown in FIG. 8, the output current fluctuates depending on the gas pressure under a specific voltage, causing a voltage drop. It has been found that the maximum current can be stably taken out. At that time, the output current taken out was improved in proportion to the increase in gas pressure.
さらに、水の凍結温度以下の環境において、特定の電圧下で、ガス圧力の高低と限界負荷とが、図9に示す関係を有し、前記ガス圧力が通常運転条件のガス圧力より高く設定されると、安定して取り出すことができる限界負荷(最大出力電流)が大きくなるという特質が得られることを見出した。 Furthermore, in an environment below the freezing temperature of water, the gas pressure level and the limit load have the relationship shown in FIG. 9 under a specific voltage, and the gas pressure is set higher than the gas pressure under normal operating conditions. Then, it has been found that the characteristic that the limit load (maximum output current) that can be taken out stably increases is obtained.
すなわち、氷点下起動に際し、残留水が電極触媒やガス拡散層に凍結した状態で存在していると、電極反応面積が低下して反応ガスの拡散性が著しく低下する。ところが、供給する反応ガスのガス圧力を高めることにより、電極反応が起こる反応部位に反応ガスを確実に供給することができ、取り出し可能な出力電流が向上するものと考えられる。しかも、氷点下起動の環境において、反応ガスのガス圧力を高めることは、通常運転状態で反応ガスのガス圧力を高めるよりも、発電特性を向上させる効果が大きい。 That is, when the residual water is present in a frozen state in the electrode catalyst or the gas diffusion layer at the time of starting below freezing point, the electrode reaction area is reduced and the diffusibility of the reaction gas is significantly reduced. However, it is considered that by increasing the gas pressure of the reaction gas to be supplied, the reaction gas can be reliably supplied to the reaction site where the electrode reaction occurs, and the output current that can be taken out is improved. Moreover, in the environment where the temperature is below freezing, increasing the gas pressure of the reaction gas has a greater effect of improving the power generation characteristics than increasing the gas pressure of the reaction gas in a normal operation state.
また、燃料電池の温度が凍結温度以下であることが検出された際、少なくとも酸化剤ガスの流量制御マップを、氷点下起動用制御マップに変更することが好ましい。 Further, when it is detected that the temperature of the fuel cell is equal to or lower than the freezing temperature, it is preferable to change at least the flow control map of the oxidant gas to the control map for starting below freezing point.
さらに、氷点下起動用制御マップのガス流量は、通常起動用制御マップのガス流量よりも大きく設定されることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the gas flow rate in the below-freezing start control map is set larger than the gas flow rate in the normal start control map.
さらにまた、酸化剤ガスは、コンプレッサにより加圧されるとともに、燃料電池の発電電力によって前記コンプレッサを駆動することが好ましい。自己発熱が促進されて昇温が迅速に行われるからである。 Furthermore, it is preferable that the oxidant gas is pressurized by the compressor and the compressor is driven by the power generated by the fuel cell. This is because self-heating is promoted and the temperature rises quickly.
また、燃料電池に供給されて該燃料電池から排出された燃料ガスは、前記燃料電池に循環供給されることが好ましい。排ガス(燃料ガス)の熱量を利用して昇温が迅速に行われるからである。 The fuel gas supplied to the fuel cell and discharged from the fuel cell is preferably circulated and supplied to the fuel cell. This is because the temperature is rapidly raised using the heat quantity of the exhaust gas (fuel gas).
以上の知見が、特願2004−200192号明細書に記載されている。 The above knowledge is described in Japanese Patent Application No. 2004-200192.
この発明は、これらの知見をも考慮してなされたものである。 The present invention has been made in consideration of these findings.
この発明に係る燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システムでは、一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を、水の凍結温度以下の温度で起動させる際に、前記凍結温度以下の温度での起動が必要か否かを判定し、この判定結果において、前記凍結温度以下の温度での起動が必要と判定された場合、前記燃料電池の現在温度と発電電流に応じて目標ガス圧力を決定し、決定した目標ガス圧力にて前記燃料電池に反応ガスを供給するようにしている。 In the fuel cell low-temperature activation method and fuel cell system according to the present invention, a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes and a separator is laminated at a temperature below the freezing temperature of water. When starting, it is determined whether or not startup at a temperature below the freezing temperature is necessary, and if it is determined in this determination result that startup at a temperature below the freezing temperature is necessary, the current fuel cell The target gas pressure is determined according to the temperature and the generated current, and the reaction gas is supplied to the fuel cell at the determined target gas pressure.
このため、この発明によれば、低温起動の際に、目標ガス圧力を不必要な程度まで増圧するエネルギ損失が削減でき、必要最小限のエネルギにより始動及び効率的な通常運転への移行ができる。なお、水の凍結温度以下の温度で起動させる際に、反応ガスのガス圧力は、発電電流が一定の条件下で、通常運転時のガス圧力に比較して増圧する必要がある。 For this reason, according to the present invention, at the time of low-temperature start-up, energy loss that increases the target gas pressure to an unnecessary level can be reduced, and start-up and transition to efficient normal operation can be performed with a minimum amount of energy. . When starting at a temperature lower than the freezing temperature of water, the gas pressure of the reaction gas needs to be increased as compared with the gas pressure during normal operation under a condition where the generated current is constant.
目標ガス圧力を決定する際に、制御マップを用いて決定することで、簡単な構成で低温起動が行える。 By determining using the control map when determining the target gas pressure, low temperature startup can be performed with a simple configuration.
なお、より好ましくは、制御マップは、前記燃料電池の起動開始温度毎に異なる複数の制御マップを用いるようにする。このようにすれば、起動時において、前記反応ガスを供給する際に、前記複数の制御マップから前記起動開始温度に応じた制御マップを選択すればよいことになり、よりエネルギの損失を少なくできる。 More preferably, the control map uses a plurality of control maps that differ for each start-up temperature of the fuel cell. If it does in this way, at the time of start-up, when supplying the reaction gas, it will suffice to select a control map corresponding to the start-up temperature from the plurality of control maps, and energy loss can be further reduced. .
前記燃料電池の起動開始温度は、例えば、燃料電池の内部に流通させて冷却する冷却媒体の出口温度、燃料電池の燃料ガスの出口温度、あるいは酸化剤ガスの出口温度を用いることで、その燃料電池システムに適合した簡素な増圧制御が可能となる。 The start-up temperature of the fuel cell is determined by using, for example, the outlet temperature of the cooling medium that is circulated inside the fuel cell and cooling, the outlet temperature of the fuel gas of the fuel cell, or the outlet temperature of the oxidant gas. Simple pressure increase control suitable for the battery system is possible.
この際、起動後の暖機昇温過程において、これらの温度毎に、燃料ガスの圧力を規定した制御マップに従い、通常の発電運転時よりも増圧した条件で発電を行う。 At this time, during the warm-up process after startup, power generation is performed at a temperature higher than that during normal power generation operation according to a control map that defines the pressure of the fuel gas at each temperature.
例えば、起動開始温度が、−5[℃]からの起動後に0[℃]に到達したときの発電状況に比較して、起動開始温度が−20[℃]からの起動後に0[℃]に到達したときの発電状況の方が発電安定性が悪い。この事情を考慮し、低温起動時の燃料ガスの圧力の増圧マップ自体も、低温起動時の起動開始温度毎に選択できるようにしているので、発電状況に適した燃料ガス系のガス圧力制御ができる。結果として、不必要な増圧を原因とするエネルギ損失、例えばアノード電極とカソード電極の極間差圧保護のためのカソード電極側の増圧に伴うコンプレッサ等の電力を削減することができる。 For example, the startup start temperature is 0 [° C.] after startup from −20 [° C.] compared to the power generation state when the startup start temperature reaches 0 [° C.] after startup from −5 [° C.]. The power generation stability at the time of arrival is worse. Considering this situation, the fuel gas pressure increase map at low temperature startup can also be selected for each startup start temperature at low temperature startup, so gas pressure control of the fuel gas system suitable for the power generation situation Can do. As a result, it is possible to reduce energy loss caused by unnecessary pressure increase, for example, electric power of a compressor or the like accompanying pressure increase on the cathode electrode side for protecting the differential pressure between the anode electrode and the cathode electrode.
燃料ガスの圧力を増圧して供給することにより、燃料電池内の燃料ガス流路内の水素濃度が増大し、低温起動時における燃料電池の発電安定性が向上する。 By increasing and supplying the pressure of the fuel gas, the hydrogen concentration in the fuel gas flow path in the fuel cell increases, and the power generation stability of the fuel cell at the time of low temperature startup is improved.
また、反応ガスとしての燃料ガスは、圧力調整手段を介して圧力が調整されるレギュレータを通じて前記燃料電池に供給するようにすることが好ましい。 Further, it is preferable that the fuel gas as the reaction gas is supplied to the fuel cell through a regulator whose pressure is adjusted via a pressure adjusting means.
ここで、前記圧力調整手段をインジェクタとし、このインジェクタの開閉をデューティ制御することにより、前記レギュレータから出力される燃料ガスの圧力を正確かつ簡易に調整することができる。 Here, the pressure adjusting means can be an injector, and the pressure of the fuel gas output from the regulator can be adjusted accurately and easily by duty-controlling the opening and closing of the injector.
この発明によれば、特に水の凍結温度以下の環境で、迅速な始動が確実に遂行され、通常運転に効率的に移行することができる。また、低温起動の際に、目標ガス圧力を不必要な程度まで増圧することを原因とするエネルギ損失が削減でき、必要最小限のエネルギにより始動及び効率的な通常運転への移行ができる。 According to the present invention, particularly in an environment below the freezing temperature of water, a quick start can be reliably performed, and a normal operation can be efficiently performed. Further, when starting at a low temperature, energy loss caused by increasing the target gas pressure to an unnecessary level can be reduced, and start-up and transition to efficient normal operation can be performed with a minimum amount of energy.
図1は、この発明の実施形態に係る燃料電池の低温起動方法を実施するための燃料電池システム10の概略構成説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a
燃料電池システム10は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、燃料電池12を備える。
The
燃料電池12は、模式的断面を描いているように、電解質、例えば固体高分子電解質膜14の両側にそれぞれアノード電極16とカソード電極18を設けた電解質膜・電極構造体20を、一対のセパレータ22、24によって挟んで保持するとともに、アノード電極16とセパレータ24との間に燃料ガス流路26を形成する一方、カソード電極18とセパレータ22との間に酸化剤ガス流路28を形成し、さらに、セパレータ22とセパレータ24の間には、冷却媒体流路30を形成した燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造になっている。
As illustrated in a schematic cross section, the
燃料電池12には、この燃料電池12の燃料ガス流路26に、燃料ガスである水素(H2)ガスを供給するための水素供給流路40と、燃料電池12の燃料ガス流路26から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出流路42と、燃料電池12の酸化剤ガス流路28に、圧縮空気を供給するための空気供給流路44と、未使用の酸素を含む空気を燃料電池12の酸化剤ガス流路28から排出するための空気排出流路46と、燃料電池12の冷却媒体流路30に、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給流路48と、冷却媒体流路30から冷却媒体を循環させるために排出するための冷却媒体排出流路50とが外部から接続されている。
The
水素供給流路40の燃料電池12に対する水素供給口側と、水素排出流路42の燃料電池12に対する水素排出口側と、空気排出流路46の燃料電池12に対する空気排出口側と、冷却媒体排出流路50の燃料電池12に対する冷却媒体排出口側とには、それぞれが温度検出手段である、燃料ガスの入口温度T4を検出する温度センサ74、燃料ガスの出口温度T3を検出する温度センサ73、酸化剤ガスの出口温度T2を検出する温度センサ72、及び冷却媒体の出口温度T1を検出する温度センサ71が設けられている。
A hydrogen supply port side of the hydrogen supply channel 40 for the
水素供給流路40の燃料電池12に対する水素供給口側には、燃料ガスの圧力(圧力値)PHを検知する圧力検知手段としての圧力センサ52が設けられるとともに、水素供給流路40にはエゼクタ54が接続される。このエゼクタ54は、高圧水素を貯留する水素タンク56から水素供給弁58及び圧力制御手段としてのレギュレータ60を通じて供給される水素ガスを、水素供給流路40を通じて燃料電池12内の燃料ガス流路26に供給するとともに、燃料電池12で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを水素排出流路42に連通する水素循環流路62から吸引して燃料電池12に再供給する。
A
実際上、水素排出流路42と水素循環流路62との間には、水とガスとを分離する気液分離器(不図示)が設けられ、この気液分離器に溜まった水は、ドレイン弁(不図示)を通じて大気に排出される。
In practice, a gas-liquid separator (not shown) for separating water and gas is provided between the
一方、空気供給流路44には、大気からの空気を圧縮して供給するコンプレッサ用モータと一体となったコンプレッサ(エアコンプレッサ)80が接続される。
On the other hand, a compressor (air compressor) 80 integrated with a compressor motor that compresses and supplies air from the atmosphere is connected to the
コンプレッサ80からの圧縮空気は、空気供給流路44を通じて燃料電池12の酸化剤ガス流路28に供給されるとともに、圧力流体供給流路75を通じて、レギュレータ60のパイロット室78に供給される。パイロット室78には、図示しないダイヤフラムが設けられる。このパイロット室78は、圧力調整手段としてのインジェクタ(エアインジェクタ)76に連通している。この実施形態において、レギュレータ60は、パイロット室78に信号圧が印加されていないときに図示しないばね圧力により弁が閉じる、いわゆるノーマルクローズタイプのものを使用している。
Compressed air from the
インジェクタ76は、制御装置82により弁が開閉制御(オンオフ制御)され、弁が開かれているときに、コンプレッサ80から圧力流体供給流路75を通じてレギュレータ60のパイロット室78に供給された圧縮空気が、空気排出口79を通じて大気に排出される。
In the
圧縮空気が大気に排出されることにより、パイロット室70内の信号圧(パイロット圧)が下降し、結果として、レギュレータ60から増圧した燃料ガスがエゼクタ54及び水素供給流路40を通じて燃料電池12の燃料ガス流路26に供給される。その一方、インジェクタ76の弁が閉じられているときにパイロット室78の信号圧が上昇し、レギュレータ60から減圧した燃料ガスがエゼクタ54を通じて燃料電池12に供給される。
When the compressed air is discharged to the atmosphere, the signal pressure (pilot pressure) in the pilot chamber 70 decreases, and as a result, the fuel gas increased in pressure from the
すなわち、インジェクタ76が開いている期間のデユーティに応じた信号圧がレギュレータ60のパイロット室78に供給される。そして、レギュレータ60は、パイロット室78に供給された信号圧に応じた圧力に調整された燃料ガスを水素タンク56、水素供給弁58、レギュレータ60を通じて、エゼクタ54に供給する。
That is, a signal pressure corresponding to the duty during the period when the
この実施形態においては、レギュレータ60を介して出力される燃料ガスの連続的な増圧制御(減圧制御)をインジェクタ76の弁の開閉によるデューティ制御により行っているので、制御が簡単であり、かつパイロット室78での信号圧は積分的に変化するので、滑らかに増圧制御(減圧制御)を行うことができる。
In this embodiment, since continuous pressure increase control (pressure reduction control) of the fuel gas output via the
この場合、制御装置82は、圧力センサ52により検出される燃料ガスの入口圧力PHが所定の目標圧力になるようにインジェクタ76の開閉を制御する。
In this case, the
一方、空気排出流路46には、コンプレッサ80から空気供給流路44を通じて燃料電池12の酸化剤ガス流路28に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁86が設けられ、燃料電池12の空気排出流路46は、この背圧制御弁86を介し空気排出流路88を通じて大気に連通している。
On the other hand, the
さらに、冷却媒体排出流路50と冷却媒体供給流路48との間には、冷却媒体を冷却するためのラジエータ90及び冷却媒体(冷媒ともいう。)を循環させる循環ポンプ92が設けられている。
Further, a
さらにまた、燃料電池システム10には、制御装置82が設けられ、この制御装置82により、点線で示す制御線を介して燃料電池システム10の全ての動作が制御される。制御装置82には、燃料電池システム10の起動信号(始動信号)及び停止信号を出力するイグニッションスイッチ(IGスイッチ)94や図示しないアクセルペダル等が接続されている。
Furthermore, the
ここで、制御装置82は、CPU、メモリ、タイマ等からなるコンピュータにより構成され、各種入力に基づきメモリに記憶されている各種マップを参照し、かつメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能手段としても動作する。具体的に、この実施形態において、制御装置82は、水の凍結温度以下の温度で燃料電池12を起動する低温起動手段として動作し、この低温起動手段として動作するときに、低温起動要否判定手段、目標ガス圧力決定手段としても動作し、さらにレギュレータ60及びインジェクタ76と協働して反応ガス供給手段等としても動作する。なお、図1において、上述したように点線は制御線等の信号線を示し、二重線は、各種配管を示している。
Here, the
燃料電池システム10の通常発電運転時には、燃料電池12のカソード電極18にコンプレッサ80から空気供給流路44及び酸化剤ガス流路28を通じて空気(酸素)が供給される一方、アノード電極16に水素タンク56から水素ガスが供給されると、アノード電極16側で水素がイオン化され、水素イオンが固体高分子電解質膜14を介してカソード電極18の方に移動する。この間に発生した電子が発電電流Ifとして負荷96(燃料電池システム10が車両に搭載された燃料電池車両においては、駆動用モータ、エアコンディショナあるいは蓄電装置等)に供給される。発電電流Ifの一部は、燃料電池システム10の起動処理や燃料電池システム10の停止・終了処理を行う際に、コンプレッサ80等に電力を供給するキャパシタあるいはバッテリ等の蓄電装置を充電するエネルギとして利用される。
During normal power generation operation of the
この負荷96も制御装置82により制御され、負荷96に供給される発電電流Ifの値は、制御装置82により図示しない電流センサを通じて常時検出される。
The load 96 is also controlled by the
基本的に以上のように構成され、かつ動作する燃料電池システム10の低温起動制御動作について、図2のフローチャート(制御装置82が実行するプログラム)及び図3の水素ガス圧力マップMAPを参照して説明する。なお、以下の説明においては、主に、燃料電池12の低温起動時における燃料ガス流路26の圧力制御(アノード系圧力の増圧制御)について説明する。酸化剤ガス流路28の圧力は、制御装置82により、燃料ガス流路26の圧力に対して所定比率になるように背圧制御弁86の弁開度を調整することで制御することが可能である。
Regarding the low-temperature start-up control operation of the
そこで、まず、イグニッションスイッチ94がオフ状態である燃料電池システム10のシステム停止中、ステップS1において、制御装置82が燃料電池システム10の起動信号であるイグニッションスイッチ94のオン信号(オフからオンに遷移する信号)を検出したとき、ステップS2以降の低温起動制御処理が実行される。
Therefore, first, while the system of the
ステップS2では、制御装置82により、燃料電池12の冷却媒体出口に設けられた温度センサ71から冷媒温度T1を、燃料電池12の起動時冷媒温度Tsとして検出する。
In step S <b> 2, the
次に、ステップS3において、この起動時冷媒温度Tsが、低温起動制御の対象となる起動時冷媒閾値温度Tsth(この実施形態では、Tsth=0[℃]に設定されている。)以下の温度、すなわち、水の凍結温度以下(氷点下)の温度であるかどうかが判定され、起動時冷媒温度Tsが、起動時冷媒温度閾値温度Tsthを超える値である場合には、低温起動処理が不要と判断され、ステップS8の通常発電処理が行われる。 Next, in step S3, the startup refrigerant temperature Ts is equal to or lower than the startup refrigerant threshold temperature Tsth (in this embodiment, Tsth = 0 [° C.]) that is the target of low temperature startup control. That is, if it is determined whether or not the temperature is below the freezing temperature of water (below freezing point) and the startup refrigerant temperature Ts is a value that exceeds the startup refrigerant temperature threshold temperature Tsth, the low temperature startup process is not required. The normal power generation process in step S8 is performed.
ステップS8の通常発電処理時には、図3中、「50[℃]以上」として符号を引きだしているガス圧力マップZPH3が選択され、目標発電電流Ifに応じたガス圧力が設定されて駆動開始され、以降、冷媒温度T1が、50[℃]以上の所定温度となるように、循環ポンプ92が駆動され、燃料電池12がラジエータ90による熱交換作用下に冷却媒体により冷却される。
At the time of the normal power generation process in step S8, the gas pressure map ZPH3 that is drawn as “50 [° C.] or higher” in FIG. 3 is selected, the gas pressure corresponding to the target power generation current If is set, and driving is started. Thereafter, the
その一方、ステップS3の判定において、ステップS2で検出した起動時冷媒温度Tsが起動時冷媒閾値温度Tsth(ここでは、上述したように0[℃])以下の温度である場合、水の凍結温度以下の温度での低温起動処理が必要と判定し、ガス圧力マップMAP中、通常発電用のガス圧力マップZPH3以外の、このガス圧力マップZPH3よりも増圧されているガス圧力マップMAPを使用するステップS4に進む。 On the other hand, in the determination of step S3, if the starting refrigerant temperature Ts detected in step S2 is equal to or lower than the starting refrigerant threshold temperature Tsth (here, 0 [° C.] as described above), the freezing temperature of water It is determined that a low-temperature start-up process is required at the following temperature, and the gas pressure map MAP that is higher than the gas pressure map ZPH3 other than the gas pressure map ZPH3 for normal power generation is used in the gas pressure map MAP. Proceed to step S4.
ステップS4においては、ステップS2で検出した起動時冷媒温度Tsの値に従って、図3に示した複数の圧力マップMAPの中から適切な圧力マップMAPを選択する。 In step S4, an appropriate pressure map MAP is selected from the plurality of pressure maps MAP shown in FIG. 3 according to the value of the starting refrigerant temperature Ts detected in step S2.
すなわち、起動時冷媒温度Tsが、−20[℃]〜−10[℃]の間の場合には、起動開始時の圧力マップMAPとして、実線で示す圧力マップZPH11を選択する。 That is, when the startup refrigerant temperature Ts is between −20 [° C.] and −10 [° C.], the pressure map ZPH11 indicated by the solid line is selected as the pressure map MAP at the start of startup.
また、起動時冷媒温度Tsが、−10[℃]〜0[℃]の間の場合には、起動開始時の圧力マップMAPとして、点線で示す圧力マップZPH21を選択する。すなわち、この実施形態において、起動時冷媒温度Tsが起動時冷媒閾値温度Tsth=0[℃]以下の場合には、起動時冷媒温度Tsの値に従い、圧力マップZPH11または圧力マップZPH21のいずれかの圧力マップが選択される。 When the starting refrigerant temperature Ts is between −10 [° C.] and 0 [° C.], the pressure map ZPH21 indicated by the dotted line is selected as the pressure map MAP at the start of starting. That is, in this embodiment, when the startup refrigerant temperature Ts is equal to or lower than the startup refrigerant threshold temperature Tsth = 0 [° C.], either the pressure map ZPH11 or the pressure map ZPH21 is set according to the value of the startup refrigerant temperature Ts. A pressure map is selected.
次いで、ステップS5において、選択された圧力マップMAP(低温起動時は、上述したように、圧力マップZPH11またはZPH21)に従い現在冷媒温度Tp(起動時は、起動時冷媒温度Tsに等しい値)と必要な発電電流Ifから燃料ガスの圧力である水素目標圧力PHを決定する。 Next, in step S5, the current refrigerant temperature Tp (a value equal to the startup refrigerant temperature Ts at startup) is required in accordance with the selected pressure map MAP (at low temperature startup, as described above, the pressure map ZPH11 or ZPH21). The hydrogen target pressure PH, which is the pressure of the fuel gas, is determined from the generated current If.
例えば、図4に示すように、起動時冷媒温度TsがTs=−5[℃]である場合で、エアコンディショナ等の負荷96を考慮した発電電流がIfaと計算されたとき、ガス圧力PHは、圧力マップZPH21上の目標圧力(水素目標圧力)PHa1に決定される。 For example, as shown in FIG. 4, when the starting refrigerant temperature Ts is Ts = −5 [° C.] and the generated current considering the load 96 such as an air conditioner is calculated as Ifa, the gas pressure PH Is determined as a target pressure (hydrogen target pressure) PHa1 on the pressure map ZPH21.
次いで、ステップS6において、この目標圧力PHa1に従いインジェクタ76が駆動制御される。
Then, in step S 6, the
この場合、圧力センサ52により検出される燃料ガスの圧力PHが、目標圧力PHa1になるように、インジェクタ76が制御装置82によりデユーティ制御されて、レギュレータ60の出力圧力が所定圧力に調整される。
In this case, the
この発電制御に伴い、冷媒温度が上昇する。上述したように、燃料電池12の暖機運転期間を短くするために発電電流Ifは、全てエアコンディショナ等の負荷96に供給することが好ましい。
With this power generation control, the refrigerant temperature rises. As described above, in order to shorten the warm-up operation period of the
次いで、ステップS7では、温度センサ71により冷媒温度T1を現在冷媒温度Tpとして検出し、この現在冷媒温度Tpが、低温起動制御にかかる圧力増圧制御の判断温度である圧力増圧制御完了閾値温度Tpth、この実施形態では、Tpth=50[℃]を超える温度になっているかどうか判定する。
Then, in
低温起動制御を開始したときの最初のステップS7での判定は、肯定的とはならないので、以下、ステップS7の判定が肯定的となるまで、ステップS5、S6の処理を繰り返す。 Since the determination at the first step S7 when the low temperature activation control is started does not become affirmative, the processes at steps S5 and S6 are repeated until the determination at step S7 becomes affirmative.
このときのステップS5、S6の処理は、図4に示すように、現在冷媒温度Tpが起動時冷媒温度Ts(Ts=−5[℃])から現在冷媒温度Tp=0[℃]になるまでは、起動時に選択した圧力マップ(増圧マップ)ZPH21が使用され、現在冷媒温度TpがTp=0[℃]を超えたときに、点線で示す圧力マップ(増圧マップ)ZPH22に持ち替えられる。このとき、目標圧力PHが、目標圧力PHa1から目標圧力PHa2に持ち替えられる。以下、同様に、現在冷媒温度TpがTp=10[℃]を超えたときに、点線で示す圧力マップZPH23の目標圧力PHa3に持ち替えられる。 As shown in FIG. 4, the processes in steps S5 and S6 at this time are performed until the current refrigerant temperature Tp becomes the current refrigerant temperature Tp = 0 [° C.] from the starting refrigerant temperature Ts (Ts = −5 [° C.]). The pressure map (pressure increase map) ZPH21 selected at the time of startup is used, and when the current refrigerant temperature Tp exceeds Tp = 0 [° C.], the pressure map (pressure increase map) ZPH22 indicated by the dotted line is replaced. At this time, the target pressure PH is changed from the target pressure PHa1 to the target pressure PHa2. Similarly, when the current refrigerant temperature Tp exceeds Tp = 10 [° C.], the target pressure PHa3 of the pressure map ZPH23 indicated by the dotted line is changed.
現在冷媒温度Tpの増加に従い、増圧値の低いマップMAPに持ち替えることで、過剰な増圧によるエネルギ損失を回避することができる。なお、増圧マップは、例えば、−2[℃]等で用いるとき、増圧マップZPH21と増圧マップZPH22を補間して間の値を用いることで、計算は複雑になるが、必要最小限の最適な増圧値とすることができる。 By switching to a map MAP with a low pressure increase value as the refrigerant temperature Tp increases, energy loss due to excessive pressure increase can be avoided. For example, when the pressure increase map is used at −2 [° C.] or the like, the calculation is complicated by interpolating the pressure increase map ZPH21 and the pressure increase map ZPH22, but the calculation is complicated, but the minimum necessary The optimum pressure increase value can be obtained.
このようにして、ステップS7において、現在冷媒温度Tpが、圧力増圧制御完了閾値温度Tpthを超える温度(Tp>Tpth)となったとき、ステップS6の判定が成立し、ステップS7の通常発電処理が行われる。 In this way, when the current refrigerant temperature Tp becomes a temperature exceeding the pressure increase control completion threshold temperature Tpth (Tp> Tpth) in step S7, the determination in step S6 is established, and the normal power generation process in step S7 is performed. Is done.
この通常発電制御処理では、図4に示すように、一点鎖線で示すガス圧力マップZPH3の目標圧力PHa4が選択される。通常発電処理時には、目標ガス圧力PHは、発電電流Ifに応じて、この圧力マップZPH3に沿って選択(設定)される。 In this normal power generation control process, as shown in FIG. 4, the target pressure PHa4 of the gas pressure map ZPH3 indicated by the alternate long and short dash line is selected. During the normal power generation process, the target gas pressure PH is selected (set) along the pressure map ZPH3 according to the generated current If.
図5は、ステップS2で検出された起動時冷媒温度TsがTs=−15[℃]である場合のステップS4での圧力マップの他の選択処理例を示している。 FIG. 5 shows another example of the pressure map selection process in step S4 when the startup refrigerant temperature Ts detected in step S2 is Ts = −15 [° C.].
この場合、上述したように、起動時冷媒温度Tsが、−20[℃]〜−10[℃]の間の場合には、起動開始時の圧力マップMAPとして、実線で示す圧力マップZPH11が選択され、例えば、発電電流がIfbと計算されているとき、ガス圧力PHは、圧力マップZPH11上の目標圧力(水素目標圧力)PHb1に決定される。 In this case, as described above, when the startup refrigerant temperature Ts is between −20 [° C.] and −10 [° C.], the pressure map ZPH11 indicated by the solid line is selected as the pressure map MAP at the start of startup. For example, when the generated current is calculated as Ifb, the gas pressure PH is determined to be a target pressure (hydrogen target pressure) PHb1 on the pressure map ZPH11.
以降、現在冷媒温度Tpが−10[℃]を超えたときに、実線で示す圧力マップZPH12の目標圧力PHb2に持ち替えられ、同様に、現在冷媒温度Tpが0[℃]を超えたときに、実線で示す圧力マップZPH13の目標圧力PHb3に持ち替えられ、現在冷媒温度Tpが10[℃]を超えたとき、実線で示す圧力マップZPH23の目標圧力PHb4に持ち替えられる。 Thereafter, when the current refrigerant temperature Tp exceeds −10 [° C.], the pressure is changed to the target pressure PHb2 of the pressure map ZPH12 indicated by a solid line. Similarly, when the current refrigerant temperature Tp exceeds 0 [° C.], When the current refrigerant temperature Tp exceeds 10 [° C.], the target pressure PHb4 of the pressure map ZPH23 indicated by the solid line is changed to the target pressure PHb3 of the pressure map ZPH13 indicated by the solid line.
このようにして、ステップS7において、現在冷媒温度Tpが、圧力増圧制御完了閾値温度Tpthを超える温度(Tp>Tpth)となったとき、ステップS6の判定が成立し、ステップS7の通常発電処理が行われる。 In this way, when the current refrigerant temperature Tp becomes a temperature exceeding the pressure increase control completion threshold temperature Tpth (Tp> Tpth) in step S7, the determination in step S6 is established, and the normal power generation process in step S7 is performed. Is done.
この通常発電制御処理では、上述したように、一点鎖線で示すガス圧力マップZPH3の目標圧力PHb5が選択される。 In this normal power generation control process, as described above, the target pressure PHb5 of the gas pressure map ZPH3 indicated by the alternate long and short dash line is selected.
なお、上述した説明から、ステップS3において、起動時冷媒温度Tsが、起動時冷媒温度閾値温度Tsthを超える値である場合には、図6に示す一点鎖線で示すガス圧力マップZPH3が選択され、発電電流Ifが目標発電電流Ifcであるとき、目標圧力PHcに設定されることが分かる。 From the above description, when the startup refrigerant temperature Ts is a value exceeding the startup refrigerant temperature threshold temperature Tsth in step S3, the gas pressure map ZPH3 indicated by the one-dot chain line shown in FIG. 6 is selected. It can be seen that the target pressure PHc is set when the generated current If is the target generated current Ifc.
以上説明したように、上述した実施形態によれば、電解質膜14を一対の電極であるアノード電極16とカソード電極18間に設けた電解質膜・電極構造体20と、電解質膜・電極構造体20を挟んで保持するセパレータ22、24とが積層される燃料電池12を、低温、特に水の凍結温度以下の温度で起動させる際に、制御装置(低温起動要否判定手段)82により凍結温度以下の温度での起動が必要か否かを判定する(ステップS3:低温起動要否判定工程)。この判定結果において、凍結温度以下の温度での起動が必要と判定された場合、制御装置(目標ガス圧力決定手段)82により燃料電池12の現在冷媒温度Tp(起動時は、起動時冷媒温度Ts)と目標発電電流Ifに応じて目標ガス圧力PHを決定する(ステップS5:目標ガス圧力決定工程)。
As described above, according to the above-described embodiment, the electrolyte membrane /
次に、制御装置82により圧力調整手段としてのインジェクタ76を制御し、決定した目標ガス圧力PHにて燃料電池12に反応ガスである通常発電時に比較して増圧された燃料ガスをレギュレータ60から供給するようにしている(ステップS6:反応ガス供給工程)。この実施形態において、制御装置82、インジェクタ76、及びレギュレータ60が反応ガス供給手段を構成する。
Next, the
このため、この実施形態によれば、低温起動の際に、目標ガス圧力を不必要な程度まで増圧することがなくエネルギ損失を削減でき、必要最小限のエネルギにより始動及び効率的な通常運転への移行ができる。増圧する目標ガス圧力を決定する際に、制御マップMAPを用いて決定するようにしているので、簡単、かつ確実に低温起動が行える。なお、制御マップMAPは、燃料電池12の起動開始温度毎に異なる複数の制御マップ(実線の制御マップZPH11、ZPH12と点線の制御マップZPH21)としているので、複数の制御マップMAPから起動開始温度である起動時冷媒温度Tsに応じた適切な制御マップMAPを選択することができる。
For this reason, according to this embodiment, the energy loss can be reduced without increasing the target gas pressure to an unnecessary level at the time of low temperature start-up, and the engine can be started and efficiently operated normally with the minimum necessary energy. Can be transferred. When the target gas pressure to be increased is determined using the control map MAP, low-temperature startup can be performed easily and reliably. Since the control map MAP is a plurality of control maps (solid line control maps ZPH11, ZPH12 and dotted line control map ZPH21) that are different for each start start temperature of the
起動開始温度として、燃料電池12の冷却媒体の出口温度T1を温度センサ71により検出することで、燃料電池12の実際の温度に合致したガス圧増圧制御を行うことができる。起動開始温度として、酸化剤ガスの出口温度T2あるいは燃料ガスの出口温度T3を用いることもできる。また、現在温度Tpとしても、冷却媒体の温度T1に代替して、燃料電池12の水素供給口の温度センサ74を用いることもできる。燃料電池12に導入される燃料ガスの温度は、酸化剤ガスに比較して低いことから、温度の低いガスを投入するという燃料電池12の温度上昇阻害要因を考慮しつつ反応ガスの圧力を最適に調整することができる。
By detecting the outlet temperature T1 of the cooling medium of the
特に、低温起動時において、燃料電池12の内部に流通させる冷却媒体、燃料ガス、及び酸化剤ガスの温度T1、T2、T3、T4に対応させて異なる適切な制御マップMAPを作成して、水素圧力を増圧させることにより、燃料ガス流路26内の水素濃度を上昇させて、発電性能を安定化することができる。
In particular, at the time of low temperature startup, different appropriate control maps MAP are created corresponding to the temperatures T1, T2, T3, and T4 of the coolant, fuel gas, and oxidant gas that are circulated inside the
また、燃料ガスの圧力は、既存のレギュレータ60のパイロット室78にかける空気信号圧を圧力調整手段であるインジェクタ76をデューティ制御することにより、レギュレータ60の出口圧力を調整するようにしているので、レギュレータ60を通じて燃料電池12に供給される増圧制御を正確に行うことができる。
Further, the pressure of the fuel gas is such that the air pressure applied to the
10…燃料電池システム 12…燃料電池
14…電解質膜 16…アノード電極
18…カソード電極 20…電解質膜・電極構造体
22、24…セパレータ 26…燃料ガス流路
28…酸化剤ガス流路 30…冷却媒体流路
52…圧力センサ 60…レギュレータ
71〜74…温度センサ 76…インジェクタ
80…コンプレッサ 82…制御装置
94…イグニッションスイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記凍結温度以下の温度での起動が必要か否かを判定する低温起動要否判定工程と、
前記凍結温度以下の温度での起動が必要と判定された場合、発電電流に応じて、起動開始時の目標ガス圧力を、前記凍結温度を超える温度での起動が必要と判定された場合の目標ガス圧力より高い圧力となるように決定する目標ガス圧力決定工程と、
決定された目標ガス圧力にて前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給工程と、を備え、
前記目標ガス圧力決定工程では、
前記凍結温度以下の温度での起動が必要と判定された場合、前記起動開始時の目標ガス圧力を、起動開始温度が低い程高い圧力となるように作成された複数のガス圧力マップから前記起動開始温度に応じて選択したガス圧力マップにより決定する
ことを特徴とする燃料電池の低温起動方法。 A fuel cell cold start method for starting a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes and a separator are stacked at a temperature below the freezing temperature of water,
A low temperature activation necessity determination step for determining whether activation at a temperature equal to or lower than the freezing temperature is necessary;
When it is determined that starting at a temperature below the freezing temperature is necessary, the target gas pressure at the start of starting is determined according to the generated current, and the target when starting at a temperature exceeding the freezing temperature is determined to be required A target gas pressure determining step for determining a pressure higher than the gas pressure;
And a reactive gas supply step of supplying a reaction gas to the fuel cell at the determined target gas pressure,
In the target gas pressure determination step,
When it is determined that starting at a temperature lower than the freezing temperature is necessary, the starting gas is set from the plurality of gas pressure maps created so that the target gas pressure at the start of starting becomes higher as the starting start temperature is lower. Determined by gas pressure map selected according to starting temperature
Cold start method of the fuel cell you wherein a.
さらに、前記凍結温度以下の温度での起動の後、前記燃料電池の現在温度が、圧力増圧制御完了閾値温度を超える温度となっているかどうかを判定する圧力増圧制御完了判定工程を設け、
前記目標ガス圧力決定工程では、
前記燃料電池の現在温度が前記圧力増圧制御完了閾値温度を超える温度となるまで、前記燃料電池の現在温度の増加に従い、前記目標ガス圧力を、前記圧力増圧制御完了閾値温度でのガス圧力マップ上での目標圧力まで前記複数のガス圧力マップを択一的に選択しながら段階的に下げる
ことを特徴とする燃料電池の低温起動方法。 The fuel cell cold start method according to claim 1 ,
Furthermore, after starting at a temperature equal to or lower than the freezing temperature, there is provided a pressure increase control completion determination step for determining whether the current temperature of the fuel cell exceeds a pressure increase control completion threshold temperature,
In the target gas pressure determination step,
The target gas pressure is changed to the gas pressure at the pressure increase control completion threshold temperature according to the increase in the current temperature of the fuel cell until the current temperature of the fuel cell exceeds the pressure increase control completion threshold temperature. A low temperature start-up method for a fuel cell, wherein the plurality of gas pressure maps are alternatively selected to a target pressure on the map, and are lowered stepwise.
前記燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれアノード電極とカソード電極を設けた前記電解質膜・電極構造体を、一対の前記セパレータによって挟んで保持するとともに、前記アノード電極と一方の前記セパレータとの間に燃料ガス流路を形成する一方、前記カソード電極と他方の前記セパレータとの間に酸化剤ガス流路を形成し、さらに、一方の前記セパレータと隣り合う他方の前記セパレータとの間には、冷却媒体流路を形成した燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造とした
ことを特徴とする燃料電池の低温起動方法。 In the low temperature starting method of the fuel cell according to claim 1 or 2 ,
The fuel cell holds the electrolyte membrane / electrode structure provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, sandwiched between a pair of the separators, and the anode electrode and one of the separators. A fuel gas flow path between the cathode electrode and the other separator, and an oxidant gas flow path between the one separator and the other adjacent separator. A method for starting a fuel cell at a low temperature characterized by comprising a stack structure in which a plurality of fuel cells each having a cooling medium flow path are stacked and integrated.
前記反応ガス中、燃料ガスは、インジェクタを介して圧力が調整されるレギュレータを通じて前記燃料電池に供給され、前記インジェクタの開閉をデューティ制御することにより、前記レギュレータの圧力を調整する
ことを特徴とする燃料電池の低温起動方法。 In the low temperature starting method of the fuel cell of any one of Claims 1-3 ,
Fuel gas in the reaction gas is supplied to the fuel cell through a regulator whose pressure is adjusted via an injector, and the pressure of the regulator is adjusted by duty-controlling opening and closing of the injector. Low temperature startup method for fuel cells.
前記低温起動手段は、
前記凍結温度以下の温度での起動が必要か否かを判定する低温起動要否判定手段と、
前記凍結温度以下の温度での起動が必要と判定された場合、発電電流に応じて、起動開始時の目標ガス圧力を、前記凍結温度を超える温度での起動が必要と判定された場合の目標ガス圧力より高い圧力となるように決定する目標ガス圧力決定手段と、
決定された目標ガス圧力にて前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、を備え、
前記目標ガス圧力決定手段は、
前記凍結温度以下の温度での起動が必要と判定された場合、前記起動開始時の目標ガス圧力を、起動開始温度が低い程高い圧力となるように作成された複数のガス圧力マップから前記起動開始温度に応じて選択したガス圧力マップにより決定する
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising low temperature starting means for starting a fuel cell in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes and a separator and a fuel cell in which a separator is stacked at a temperature below the freezing temperature of water,
The cold start means is
Low temperature activation necessity determination means for determining whether activation at a temperature below the freezing temperature is necessary;
When it is determined that starting at a temperature below the freezing temperature is necessary, the target gas pressure at the start of starting is determined according to the generated current, and the target when starting at a temperature exceeding the freezing temperature is determined to be required A target gas pressure determining means for determining a pressure higher than the gas pressure;
And a reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the fuel cell at the determined target gas pressure,
The target gas pressure determining means includes
When it is determined that starting at a temperature lower than the freezing temperature is necessary, the starting gas is set from the plurality of gas pressure maps created so that the target gas pressure at the start of starting becomes higher as the starting start temperature is lower. Determined by gas pressure map selected according to starting temperature
Fuel cell system that is characterized in that.
さらに、前記凍結温度以下の温度での起動の後、前記燃料電池の現在温度が、圧力増圧制御完了閾値温度を超える温度となっているかどうかを判定する圧力増圧制御完了判定手段を設け、
前記目標ガス圧力決定手段は、
前記燃料電池の現在温度が前記圧力増圧制御完了閾値温度を超える温度となるまで、前記燃料電池の現在温度の増加に従い、前記目標ガス圧力を、前記圧力増圧制御完了閾値温度でのガス圧力マップ上での目標圧力まで前記複数のガス圧力マップを択一的に選択しながら段階的に下げる
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5 , wherein
Furthermore, after starting at a temperature equal to or lower than the freezing temperature, there is provided pressure increase control completion determination means for determining whether or not the current temperature of the fuel cell exceeds a pressure increase control completion threshold temperature,
The target gas pressure determining means includes
The target gas pressure is changed to the gas pressure at the pressure increase control completion threshold temperature according to the increase in the current temperature of the fuel cell until the current temperature of the fuel cell exceeds the pressure increase control completion threshold temperature. A fuel cell system comprising: stepwise lowering the plurality of gas pressure maps to a target pressure on the map while alternatively selecting the plurality of gas pressure maps.
前記燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれアノード電極とカソード電極を設けた前記電解質膜・電極構造体を、一対の前記セパレータによって挟んで保持するとともに、前記アノード電極と一方の前記セパレータとの間に燃料ガス流路を形成する一方、前記カソード電極と他方の前記セパレータとの間に酸化剤ガス流路を形成し、さらに、一方の前記セパレータと隣り合う他方の前記セパレータとの間には、冷却媒体流路を形成した燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造とした
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5 or 6 ,
The fuel cell holds the electrolyte membrane / electrode structure provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, sandwiched between a pair of the separators, and the anode electrode and one of the separators. A fuel gas flow path between the cathode electrode and the other separator, and an oxidant gas flow path between the one separator and the other adjacent separator. The fuel cell system is characterized by having a stack structure in which a plurality of fuel cells each having a cooling medium flow path are stacked and integrated.
前記反応ガス中、燃料ガスは、インジェクタを介して圧力が調整されるレギュレータを通じて前記燃料電池に供給され、前記インジェクタの開閉をデューティ制御することにより、前記レギュレータの圧力を調整する
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 5 to 7 ,
Fuel gas in the reaction gas is supplied to the fuel cell through a regulator whose pressure is adjusted via an injector, and the pressure of the regulator is adjusted by duty-controlling opening and closing of the injector. Fuel cell system.
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