JP4872333B2 - 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。そこで、従来の技術として、燃料電池に接続した凝縮器を設け、凝縮器内部で生成水を凝縮させることで、燃料電池内部の残留水を低減させる方法が知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−１４２１３６号公報 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. Therefore, as a conventional technique, a method is known in which a condenser connected to the fuel cell is provided and the generated water is condensed inside the condenser to reduce the residual water inside the fuel cell (see Patent Document 1). .
JP 2003-142136 A

しかしながら、燃料電池セルが複数枚積層されたスタック構造の燃料電池では、端に位置するセルが相対的に低温になりやすいため、燃料電池の発電停止後、セル間の温度差により端セルに水分が多く凝縮する。このため、燃料電池の再始動時に端セルの発電性能が極端に悪化し、燃料電池が始動できない場合がある。   However, in a fuel cell having a stack structure in which a plurality of fuel cells are stacked, the cell located at the end is likely to be relatively low in temperature. A lot of condensation. For this reason, when the fuel cell is restarted, the power generation performance of the end cell is extremely deteriorated, and the fuel cell may not be started.

本発明は上記点に鑑み、燃料電池の発電停止時に、燃料電池の端セルに水分が偏在することを抑制することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to suppress the uneven distribution of moisture in the end cells of a fuel cell when power generation of the fuel cell is stopped.

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セル（１００）を複数枚積層した燃料電池（１）と、燃料電池の温度を検出する温度センサ（４７）と、燃料電池（１）に循環する冷却水が通過する冷却水経路（４０）と、冷却水経路（４０）に設けられ、燃料電池（１）に冷却水を循環させるための冷却水循環手段（４１、４２）と、冷却水循環手段（４１、４２）の作動を制御する制御手段（５０）とを備え、制御手段（５０）は、燃料電池（１）の発電停止後、燃料電池（１）の温度が、冷却水の循環停止を判断する基準となる冷却水循環停止温度を下回るまで、冷却水循環手段（４１、４２）を間欠的に作動させて燃料電池（１）に冷却水を循環させ、燃料電池（１）の温度が低くなるにしたがって、冷却水循環手段（４１、４２）の作動停止時間を長くすることを第１の特徴としている。 To achieve the above object, the present invention detects a temperature of a fuel cell (1) in which a plurality of fuel cells (100) that generate electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas are stacked, and the temperature of the fuel cell. A temperature sensor (47), a cooling water path (40) through which the cooling water circulating to the fuel cell (1) passes, and a cooling water path (40) are provided to circulate the cooling water through the fuel cell (1). The cooling water circulation means (41, 42) and the control means (50) for controlling the operation of the cooling water circulation means (41, 42), the control means (50), after stopping the power generation of the fuel cell (1), The cooling water circulating means (41, 42) is intermittently operated to cool the fuel cell (1) until the temperature of the fuel cell (1) falls below the cooling water circulation stopping temperature which is a reference for determining the cooling water circulation stop. water is circulated, the temperature of the fuel cell (1) is low Runishitagatte, and the first, characterized in that to increase the operation stop time of the cooling water circulating means (41, 42).

このように、燃料電池（１）の発電停止後、燃料電池（１）内に冷却水を循環させることで、各セル（１００）の温度を均一化することができ、端セル（１００）に水分が偏在することを抑制できる。これにより、燃料電池（１）の再始動時に端セル（１００）の発電性能が悪化することを回避でき、燃料電池（１）の始動性を向上させることができる。   Thus, after the power generation of the fuel cell (1) is stopped, the temperature of each cell (100) can be made uniform by circulating the cooling water in the fuel cell (1). It is possible to suppress the uneven distribution of moisture. Thereby, it can avoid that the power generation performance of an end cell (100) deteriorates at the time of restart of a fuel cell (1), and the startability of a fuel cell (1) can be improved.

冷却水循環手段（４１、４２）は、燃料電池（１）の発電停止後、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）からの電力供給により作動するように構成することができる。   The cooling water circulation means (41, 42) is configured to operate by power supply from a rechargeable secondary battery (3) that receives power from the fuel cell (1) after the power generation of the fuel cell (1) is stopped. can do.

また、本発明は、制御手段（５０）は、冷却水循環手段（４１、４２）を間欠的に作動させることで、冷却水循環手段（４１、４２）の消費電力を低減することができる。 Further, the present invention, the control means (50), a cooling water circulating means (41, 42) that is intermittently operated, it is possible to reduce the power consumption of the cooling water circulating means (41, 42).

また、燃料電池（１）の温度が低くなるにしたがって、冷却水循環手段（４１、４２）の作動停止時間を短くすることで、燃料電池温度に応じて適切に冷却水循環手段（４１、４２）の消費電力を低減することができる。 Further , as the temperature of the fuel cell (1) decreases, the operation stop time of the cooling water circulation means (41, 42) is shortened, so that the cooling water circulation means (41, 42) can be appropriately operated according to the fuel cell temperature. Power consumption can be reduced.

また、冷却水循環停止温度は、燃料電池（１）内での水分の蒸発量が減少し、燃料電池（１）内における水分の移動が起こりにくくなる温度として設定することができる。冷却水循環停止温度は、飽和蒸気圧が充分低くなる５０℃とすることが望ましく、冷却水循環停止温度を２０℃とすることがより望ましい。   Moreover, the cooling water circulation stop temperature can be set as a temperature at which the amount of water evaporation in the fuel cell (1) decreases and the movement of water in the fuel cell (1) is less likely to occur. The cooling water circulation stop temperature is preferably 50 ° C. at which the saturated vapor pressure is sufficiently low, and the cooling water circulation stop temperature is more preferably 20 ° C.

また、本発明は、冷却水を放熱する放熱器（４４）と、放熱器（４４）に送風するファン（４３）と、放熱器（４４）をバイパスさせるバイパス経路（４５）と、冷却水の流路を放熱器（４４）とバイパス経路（４５）とに切り替える流路切替弁（４６）とを備え、制御手段（５０）は、燃料電池（１）の発電停止時に、燃料電池（１）の温度が燃料電池（１）を急速に冷却する必要があるか否かを判定する基準となる強制冷却停止温度を上回っている場合に、流路切替弁（４６）により冷却水の流路を放熱器（４４）側に切り替えるとともに、ファン（４３）を作動させることを第２の特徴としている。 The present invention also includes a radiator (44) that radiates cooling water, a fan (43) that blows air to the radiator (44), a bypass path (45) that bypasses the radiator (44), and cooling water. A flow path switching valve (46) for switching the flow path between the radiator (44) and the bypass path (45) is provided, and the control means (50) is configured to stop the fuel cell (1) when power generation is stopped. Is higher than the forced cooling stop temperature, which is a criterion for determining whether or not the fuel cell (1) needs to be rapidly cooled, the flow path switching valve (46) allows the cooling water flow path to be The second feature is switching to the radiator (44) side and operating the fan (43).

このように、放熱器（４４）に冷却水を通過させ、ファン（４３）を作動させることで、燃料電池（１）を急速に冷却して水の飽和蒸気圧を迅速に低くすることができる。このため、燃料電池（１）内で水分が移動することを抑制でき、端セル（１００）に水分が偏ることを抑制できる。これにより、燃料電池（１）の再始動時に端セル（１００）の発電性能が悪化することを回避でき、燃料電池（１）の始動性を向上させることができる。   In this way, by passing the cooling water through the radiator (44) and operating the fan (43), the fuel cell (1) can be rapidly cooled and the saturated vapor pressure of water can be lowered quickly. . For this reason, it can suppress that a water | moisture content moves within a fuel cell (1), and can suppress that a water | moisture content biases to an end cell (100). Thereby, it can avoid that the power generation performance of an end cell (100) deteriorates at the time of restart of a fuel cell (1), and the startability of a fuel cell (1) can be improved.

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.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５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。 (First embodiment)
Hereinafter, a first 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、基本単位となる燃料電池セル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 the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 1, and a plurality of fuel 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は燃料電池１の断面図である。図２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
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell 1. As shown in FIG. 2, 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。水素極側に配置されたセパレータ１０４には、水素が通過する溝状の水素経路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、酸素（空気）が通過する溝状の空気経路１０４ｂが形成されている。さらにセパレータ１０４には、冷却水が通過する冷却水経路１０４ｃが形成されている。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。   A separator 104 is disposed in the diffusion layer 103. The separator 104 disposed on the hydrogen electrode side has a groove-shaped hydrogen passage 104a through which hydrogen passes, and the separator 104 disposed on the air electrode side has a groove-shaped passage through which oxygen (air) passes. An air path 104b is formed. Further, the separator 104 is formed with a cooling water path 104c through which the cooling water passes. 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。   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 configured to output a signal related to the charge amount to the control unit 50 described later.

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４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４へ供給される。なお、走行用インバータ４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 4 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 4. The traveling inverter 4 may be connected between the fuel cell 1 and the DC-DC converter 2.

走行用インバータ４は、走行用モータ５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４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５に供給し、走行用モータ５を回転させることで燃料電池車両を走行させる。   The traveling inverter 4 is an inverter for driving the traveling motor 5 or regenerating electric power. The traveling inverter 4 of the present embodiment is a three-phase inverter, and supplies the three-phase AC power to the traveling motor 5 and rotates the traveling motor 5 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４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４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, power is supplied from the secondary battery 3 to the driving inverter 4. For example, when a large amount of power is required suddenly during sudden acceleration, the secondary battery 3 not only from the fuel cell 1 but also from the secondary battery 3. This can be dealt with by drawing electric power from the battery 3 and supplying it to the traveling inverter 4.

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６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７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 6 and a compressor motor 23 for operating a W / P motor 42 to be described later. An inverter 7 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７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 7 and is controlled in rotation speed.

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空気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 an air flow rate detecting 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.

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（放熱器）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 (heat 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６により電力供給されるとともに、回転数制御される。なお、ウォータポンプ４１とＷ／Ｐ用モータ４２が本発明の冷却水循環手段に相当している。   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 electric power by the W / P inverter 6 and is controlled in rotation speed. The water pump 41 and the W / P motor 42 correspond to the cooling water circulation means of the present invention.

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流路切替弁４６が設けられている。流路切替弁４６は、電動制御弁を好適に用いることができるが、サーモスタットのような機械式弁を用いてもよい。   The cooling water path 40 is provided with a bypass path 45 for bypassing the cooling water to the radiator 44. A flow path 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. As the flow path switching valve 46, an electric control valve can be suitably used, but a mechanical valve such as a thermostat may be used.

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検出手段としての温度センサ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 as temperature detecting means 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、流路切替弁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。本実施形態では、Ｗ／Ｐ用モータ４２、ファン４３、流路切替弁４６は、燃料電池１の運転停止時（発電停止時）に二次電池３から電力供給を受けて作動するように構成されている。   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 rate control by the water pump 41, the air volume control by the fan 43, and the bypass flow rate control by the flow path switching valve 46. In the present embodiment, the W / P motor 42, the fan 43, and the flow path switching valve 46 are configured to operate upon receiving power supply from the secondary battery 3 when the operation of the fuel cell 1 is stopped (when power generation is stopped). Has been.

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、温度センサ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４、６、７、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、流路切替弁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. A temperature signal from the temperature sensor 47 is input. The control unit 50 includes a DC-DC converter 2, a secondary battery 3, inverters 4, 6, 7, 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 flow path switching valve 46 and the like.

次に、本実施形態の燃料電池１の発電停止時における燃料電池１の冷却制御について図３〜図５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燃料電池１の冷却制御を示すフローチャートである。   Next, the cooling control of the fuel cell 1 when the power generation of the fuel cell 1 of the present embodiment is stopped will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing cooling control of the fuel cell 1 performed by the control unit 50 according to a program stored in a ROM or the like.

上記「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、セル１００を積層したスタック構造の燃料電池１では、端に位置するセル１００が他のセル１００より熱損失が多く低温になりやすい。このため、燃料電池１の温度が高い状態では、燃料電池１内で蒸気となった水分が燃料電池１の両端のセル１００で凝縮し、燃料電池１内の水分が端セル１００に偏在することとなる。そこで、本実施形態では、燃料電池１の発電停止後、燃料電池１の温度が高い場合に、燃料電池１に冷却水を循環させる冷却制御を行うことで、各セル１００の温度を均一化し、燃料電池１内の水分が端セル１００に偏在することを抑制する。   As described above in the section “Problems to be Solved by the Invention”, in the fuel cell 1 having the stack structure in which the cells 100 are stacked, the cell 100 located at the end has a higher heat loss and lower temperature than the other cells 100. Cheap. For this reason, when the temperature of the fuel cell 1 is high, the moisture that has become vapor in the fuel cell 1 is condensed in the cells 100 at both ends of the fuel cell 1, and the moisture in the fuel cell 1 is unevenly distributed in the end cells 100. It becomes. Therefore, in the present embodiment, after the power generation of the fuel cell 1 is stopped, when the temperature of the fuel cell 1 is high, the cooling control for circulating the cooling water to the fuel cell 1 is performed, thereby uniformizing the temperature of each cell 100, It suppresses that the water | moisture content in the fuel cell 1 is unevenly distributed in the end cell 100. FIG.

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、温度センサ４７で燃料電池１の温度ＴFCを検出する（Ｓ１０）。次に、燃料電池温度ＴFCが冷却水循環停止温度Ｔ１を上回っているか否かを判定する（Ｓ１１）。冷却水循環停止温度Ｔ１は、燃料電池１内での水分の蒸発量が減少し、燃料電池１内における水分の移動が起こりにくくなる温度として設定することができ、飽和蒸気圧に基づいて設定することができる。 This control starts when the key switch is turned off and the power generation of the fuel cell 1 is stopped. First, to detect the temperature T FC of the fuel cell 1 at a temperature sensor 47 (S10). Next, it is determined whether or not the fuel cell temperature T FC is above the cooling water circulation stopping temperature T1 (S11). The cooling water circulation stop temperature T1 can be set as a temperature at which the amount of moisture evaporation in the fuel cell 1 decreases and the movement of moisture in the fuel cell 1 becomes difficult to occur, and is set based on the saturated vapor pressure. Can do.

ここで、冷却水循環停止温度Ｔ１の設定について説明する。図４は、飽和蒸気圧曲線を示している。図４に示すように、水の飽和蒸気圧は温度の上昇にともなって急激に上昇する。具体的には、燃料電池温度ＴFCが５０℃を境にして水の飽和蒸気圧が急激に上昇している。このため、燃料電池温度ＴFCが５０℃を下回る範囲で水の飽和蒸気圧が充分小さくなり、蒸気として燃料電池１内で移動する水分量が充分に減少する。そして、燃料電池温度ＴFCが３０℃を下回る範囲で水の飽和蒸気圧がより充分小さくなり、燃料電池温度ＴFCが２０℃を下回る範囲で水の飽和蒸気圧がさらにより充分小さくなる。したがって、冷却水循環停止温度Ｔ１を５０℃に設定することが望ましく、冷却水循環停止温度Ｔ１を３０℃に設定することがより望ましく、冷却水循環停止温度Ｔ１を２０℃に設定することがさらにより望ましい。本実施形態では、冷却水循環停止温度Ｔ１を２０℃に設定している。 Here, the setting of the cooling water circulation stop temperature T1 will be described. FIG. 4 shows a saturated vapor pressure curve. As shown in FIG. 4, the saturated vapor pressure of water increases rapidly as the temperature increases. Specifically, the fuel cell temperature T FC is in the boundary of 50 ° C. saturated vapor pressure of water is rapidly increased. Therefore, the fuel cell temperature T FC becomes sufficiently small saturated vapor pressure of water in the range below 50 ° C., the water content is reduced sufficiently to move in the fuel cell 1 as a vapor. Then, the saturated vapor pressure of water becomes sufficiently smaller in the range where the fuel cell temperature T FC is lower than 30 ° C., and the saturated vapor pressure of water becomes even smaller in the range where the fuel cell temperature T FC is lower than 20 ° C. Therefore, it is desirable to set the cooling water circulation stop temperature T1 to 50 ° C., more preferably to set the cooling water circulation stop temperature T1 to 30 ° C., and even more desirably to set the cooling water circulation stop temperature T1 to 20 ° C. In this embodiment, the cooling water circulation stop temperature T1 is set to 20 ° C.

Ｓ１１の判定処理の結果、燃料電池温度ＴFCが冷却水循環停止温度Ｔ１を上回っていないと判定された場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、燃料電池温度ＴFCが充分低く、蒸気として燃料電池１内で移動する水分量が充分に少ないと判断できるので、そのまま冷却制御を終了する。一方、燃料電池温度ＴFCが冷却水循環停止温度Ｔ１を上回っていると判定された場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、燃料電池温度ＴFCが高く、燃料電池１内で蒸気として移動する水分量が多いと判断できる。 S11 in the determination processing result, when the fuel cell temperature T FC is determined not to exceed the cooling water circulation stopping temperature T1 (S11: NO), the fuel cell temperature T FC is sufficiently low, the fuel cell 1 as vapor Since it can be determined that the amount of moisture transferred is sufficiently small, the cooling control is terminated as it is. On the other hand, when the fuel cell temperature T FC is determined to be higher than the cooling water circulation stopping temperature T1 (S11: YES), the fuel cell temperature T FC is high, the amount of water moving as a vapor in the fuel cell 1 It can be judged that there are many.

次に、二次電池３の残存容量ＱBを検出する（Ｓ１２）。この結果、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを上回っているか否かを判定する（Ｓ１３）。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 (S12). As a result, it is determined whether or not the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is greater than the reference capacity Q R (S13). 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.

Ｓ１３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を上回っていないと判定された場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、本実施形態の冷却制御を終了する。一方、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを上回っていると判定された場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、二次電池３の残存容量ＱBに余裕があるので、ウォータポンプ４１を作動させる（Ｓ１４）。これにより、冷却水経路４０を介して燃料電池１に冷却水が循環し、燃料１を構成する各セル１００の温度が均一化し、燃料電池１を構成する各セル１００の温度分布を小さくすることができる。これにより、燃料電池１の両端に位置するセル１００が他のセル１００より低温となって、端セル１００に水分が偏在することを抑制することができる。このとき、燃料電池１の各セル１００の温度が均一になる程度に冷却水を循環させることができればいいので、ウォータポンプ４１の回転数は燃料電池１の発電時における回転数より小さくてよい。 Results of the determination process by S13, if the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is judged not to exceed the reference capacity Q R (S13: NO), ends the cooling control in this embodiment. On the other hand, if the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is determined to exceeds the reference capacity Q R (S13: YES), since there is a margin in the remaining capacity Q B of the secondary battery 3, the water pump 41 is operated (S14). As a result, the cooling water circulates in the fuel cell 1 through the cooling water path 40, the temperature of each cell 100 constituting the fuel 1 becomes uniform, and the temperature distribution of each cell 100 constituting the fuel cell 1 is reduced. Can do. Thereby, it can suppress that the cell 100 located in the both ends of the fuel cell 1 becomes low temperature from the other cell 100, and a water | moisture content is unevenly distributed in the end cell 100. FIG. At this time, as long as the cooling water can be circulated to such an extent that the temperature of each cell 100 of the fuel cell 1 becomes uniform, the rotational speed of the water pump 41 may be smaller than the rotational speed of the fuel cell 1 during power generation.

次に、ウォータポンプ４１を所定停止時間だけ停止させる（Ｓ１５）。この所定停止時間は、燃料電池温度ＴFCによって設定される。図５は、燃料電池温度ＴFCとウォータポンプ４１のオンオフ時間との関係を示している。本実施形態では、ウォータポンプ４１のオンオフを繰り返し行い、ウォータポンプ４１を間欠的に作動させている。 Next, the water pump 41 is stopped for a predetermined stop time (S15). The predetermined stopping time is set by the fuel cell temperature T FC. Figure 5 shows the relationship between the on-off time of the fuel cell temperature T FC and the water pump 41. In this embodiment, the water pump 41 is repeatedly turned on and off, and the water pump 41 is operated intermittently.

図５に示すように、本実施形態ではウォータポンプ４１の作動時間を一定とし、ウォータポンプ４１の作動停止時間を、燃料電池温度ＴFCが高いほど短くし、燃料電池温度ＴFCが低くなるほど長くしている。つまり、上述のように燃料電池温度ＴFCが高いほど飽和蒸気圧が高く、燃料電池１内部の水分が蒸気として移動しやすいため、ウォータポンプ４１の作動停止時間を短くしている。一方、燃料電池温度ＴFCが低いほど飽和蒸気圧が低く、燃料電池１内部の水分が移動しにくくなるため、ウォータポンプ４１の作動停止時間を長くしている。これにより、ウォータポンプ４１を作動させるモータ４２の消費電力を燃料電池温度ＴFCに応じて低減することができる。 As shown in FIG. 5, in the present embodiment the constant operating time of the water pump 41, the operation stop time of the water pump 41, the higher the fuel cell temperature T FC shorter, as the fuel cell temperature T FC is lower longer is doing. In other words, the higher the saturation vapor pressure of the fuel cell temperature T FC as described above is high, the fuel cell 1 inside the water and is easy to move as a vapor, and to shorten the operation stop time of the water pump 41. On the other hand, the fuel cell temperature T FC is lower the lower the saturation vapor pressure, since the fuel cell 1 inside the water is less likely to move, and long operation stop time of the water pump 41. Thus, the power consumption of the motor 42 for operating the water pump 41 can be reduced in accordance with the fuel cell temperature T FC.

燃料電池温度ＴFCとウォータポンプ４１の作動停止時間との関係は、燃料電池温度ＴFCに対するウォータポンプ４１の適切な作動停止時間を予めマップ化しておけばよい。 The relationship between the operation stop time of the fuel cell temperature T FC and the water pump 41 may be previously mapped proper operation stop time of the water pump 41 to the fuel cell temperature T FC.

次に、ウォータポンプ４１の作動停止時間の経過後、上記Ｓ１０に戻り、Ｓ１１で燃料電池温度ＴFCが冷却水循環停止温度Ｔ１を上回っていないと判定されるか、あるいはＳ１３で二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを上回っていないと判定されるまで、Ｓ１０〜Ｓ１５の処理を繰り返し行う。 Then, after a deactivation time of the water pump 41, it returns to S10, S11 on whether the fuel cell temperature T FC is determined not to exceed the cooling water circulation stopping temperature T1, or S13 in the secondary battery 3 until the remaining capacity Q B is determined not to exceed the reference capacity Q R, it repeats the processes of S10 to S15.

以上のように、燃料電池１の発電停止後、燃料電池温度ＴFCが燃料電池１内部での水分移動が起こりにくくなる温度となるまで、燃料電池１内に冷却水を循環させることで、各セル１００の温度を均一化することができ、端セル１００に水分が偏在することを抑制できる。これにより、燃料電池１の再始動時に端セル１００の発電性能が悪化することを回避でき、燃料電池１の始動性を向上させることができる。 As described above, after the power generation stop of the fuel cell 1, to the fuel cell temperature T FC becomes moisture transfer is less likely to occur temperature inside the fuel cell 1, by circulating cooling water in the fuel cell 1, each It is possible to make the temperature of the cell 100 uniform, and to suppress the uneven distribution of moisture in the end cell 100. Thereby, it can avoid that the electric power generation performance of the end cell 100 deteriorates at the time of restart of the fuel cell 1, and the startability of the fuel cell 1 can be improved.

また、燃料電池温度ＴFCに応じてウォータポンプ４１を間欠的に作動させることで、ウォータポンプ４１を作動させるための消費電力を低減することができる。さらに、本実施形態では、従来から燃料電池システムに備えられている冷却系を用いるので、システムを複雑化させることなく、端セル１００に水分が偏在することを抑制できる。 Further, by intermittently operating the water pump 41 according to the fuel cell temperature T FC, it is possible to reduce the power consumption for operating the water pump 41. Furthermore, in this embodiment, since the cooling system conventionally provided in the fuel cell system is used, the uneven distribution of moisture in the end cells 100 can be suppressed without complicating the system.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted, and only different parts will be described.

本第２実施形態の燃料電池１の発電停止時における燃料電池１の冷却制御について図６に基づいて説明する。図６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。   The cooling control of the fuel cell 1 when the power generation of the fuel cell 1 of the second embodiment is stopped will be described with reference to FIG. FIG. 6 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、温度センサ４７で燃料電池１の温度ＴFCを検出する（Ｓ２０）。次に、燃料電池温度ＴFCが強制冷却停止温度Ｔ２を上回っているか否かを判定する（Ｓ２１）。強制冷却停止温度Ｔ２は、燃料電池１内での水分の蒸発量が減少し、燃料電池１内における水分の移動が起こりにくくなる温度として設定することができる。本第２実施形態の強制冷却停止温度Ｔ２は、上記第１実施形態の冷却水循環停止温度Ｔ１と同一温度としてもよく、異なる温度としてもよい。 This control starts when the key switch is turned off and the power generation of the fuel cell 1 is stopped. First, to detect the temperature T FC of the fuel cell 1 at a temperature sensor 47 (S20). Next, it is determined whether or not the fuel cell temperature T FC exceeds the forced cooling stop temperature T2 (S21). The forced cooling stop temperature T2 can be set as a temperature at which the amount of water evaporation in the fuel cell 1 decreases and the movement of water in the fuel cell 1 is less likely to occur. The forced cooling stop temperature T2 of the second embodiment may be the same as or different from the cooling water circulation stop temperature T1 of the first embodiment.

Ｓ２１の判定処理の結果、燃料電池温度ＴFCが強制冷却停止温度Ｔ２を上回っていないと判定された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、燃料電池温度ＴFCが充分低く、蒸気として燃料電池１内で移動する水分量が充分に少ないと判断できるので、そのまま冷却制御を終了する。一方、燃料電池温度ＴFCが強制冷却停止温度Ｔ２を上回っていると判定された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、燃料電池温度ＴFCが高く、燃料電池１内の水分が蒸気として移動すると判断できる。 S21 in the determination processing result, when the fuel cell temperature T FC is determined to not exceed the forced cooling stop temperature T2 (S21: NO), the fuel cell temperature T FC is sufficiently low, the fuel cell 1 as vapor Since it can be determined that the amount of moisture transferred is sufficiently small, the cooling control is terminated as it is. On the other hand, when the fuel cell temperature T FC is determined to be greater than the forced cooling stop temperature T2 (S21: YES), high fuel cell temperature T FC, determines that the water in the fuel cell 1 moves as a vapor it can.

次に、二次電池３の残存容量ＱBを検出する（Ｓ２２）。この結果、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを上回っているか否かを判定する（Ｓ２３）。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 (S22). As a result, it is determined whether or not the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is greater than the reference capacity Q R (S23). 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.

Ｓ２３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を上回っていないと判定された場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、本実施形態の冷却制御を終了する。一方、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを上回っていると判定された場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、二次電池３の残存容量ＱBに余裕があるので、流路切替弁４１により冷却水の流路をラジエータ４４側に切り替え（Ｓ２４）、ウォータポンプ４１とファン４３を作動させる（Ｓ２５）。 Results of the determination process by S23, if the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is judged not to exceed the reference capacity Q R (S23: NO), ends the cooling control in this embodiment. On the other hand, if the remaining capacity Q B of the secondary battery 3 is determined to exceeds the reference capacity Q R (S23: YES), since there is a margin in the remaining capacity Q B of the secondary battery 3, the flow path The flow path of the cooling water is switched to the radiator 44 side by the switching valve 41 (S24), and the water pump 41 and the fan 43 are operated (S25).

次に、Ｓ２０に戻り、Ｓ２１で燃料電池温度ＴFCが強制冷却停止温度Ｔ２を上回っていないと判定されるか、あるいはＳ２３で二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを上回っていないと判定されるまで、Ｓ２０〜Ｓ２５の処理を繰り返し行う。本制御を終了する際に、ウォータポンプ４１およびファン４３が作動している場合には、これらの作動を停止させる（Ｓ２６、２７）。 Then, the process returns to S20, not exceed the fuel cell temperature T FC is remaining capacity Q B is the reference capacitance Q R if it is determined not to exceed the forced cooling stop temperature T2, or in S23 the secondary battery 3 in S21 Until it is determined that there is not, the processes of S20 to S25 are repeated. When the control is finished, if the water pump 41 and the fan 43 are operating, these operations are stopped (S26, 27).

以上のように、上記第１実施形態と同様、ウォータポンプ４１を作動させることで、燃料電池１を構成する各セル１００の温度分布を小さくすることができ、端セル１００に水分が偏在することを抑制することができる。また、本実施形態では、ラジエータ４４に冷却水を通過させ、ファン４３を作動させているので、燃料電池１を急速に冷却することができる。   As described above, similarly to the first embodiment, by operating the water pump 41, the temperature distribution of each cell 100 constituting the fuel cell 1 can be reduced, and moisture is unevenly distributed in the end cell 100. Can be suppressed. Moreover, in this embodiment, since the cooling water is passed through the radiator 44 and the fan 43 is operated, the fuel cell 1 can be rapidly cooled.

これにより、水の飽和蒸気圧を迅速に低くすることができるので、燃料電池１内で水分が移動することを抑制でき、端セル１００に水分が偏ることを抑制でき、燃料電池１の再始動時に端セル１００の発電性能が悪化することを回避でき、燃料電池１の始動性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、従来より燃料電池システムに備えられている冷却系を用いるので、システムを複雑化させることなく、端セル１００に水分が偏在することを抑制できる。   Thereby, since the saturated vapor pressure of water can be lowered quickly, it is possible to suppress the movement of moisture in the fuel cell 1, to suppress the bias of moisture to the end cell 100, and to restart the fuel cell 1. It can be avoided that the power generation performance of the end cell 100 sometimes deteriorates, and the startability of the fuel cell 1 can be improved. Furthermore, in this embodiment, since the cooling system conventionally provided in the fuel cell system is used, it is possible to suppress the uneven distribution of moisture in the end cell 100 without complicating the system.

また、燃料電池１の発電停止時に燃料電池１の開放電圧が高いと、燃料電池１が劣化しやすいことが知られている（例えば特開２００５−１５８５５５号公報参照）。燃料電池１の劣化反応は化学反応であるため、燃料電池温度ＴFCを低下させることで劣化反応を大幅に抑制できる。このため、本実施形態のように、燃料電池１の発電停止後、燃料電池１を強制的に冷却することで、燃料電池１の耐久性を向上させることができる。 Further, it is known that if the open voltage of the fuel cell 1 is high when the power generation of the fuel cell 1 is stopped, the fuel cell 1 is likely to deteriorate (see, for example, JP-A-2005-158555). For degradation reactions of the fuel cell 1 is a chemical reaction, it can be greatly suppress deterioration reaction by reducing the fuel cell temperature T FC. For this reason, the durability of the fuel cell 1 can be improved by forcibly cooling the fuel cell 1 after stopping the power generation of the fuel cell 1 as in this embodiment.

（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態でのウォータポンプ４１の間欠的に作動させる制御と、上記第２実施形態での流路切替弁４６による冷却水流路のラジエータ４４側への切り替えとファン４３を作動させる強制冷却制御を同時に行ってもよい。 (Other embodiments)
The control for intermittently operating the water pump 41 in the first embodiment, the switching of the cooling water flow path to the radiator 44 side by the flow path switching valve 46 in the second embodiment, and the fan 43 are operated. You may perform forced cooling control simultaneously.

各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 each embodiment. 図１の燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell of FIG. 第１実施形態の燃料電池の冷却制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the cooling control of the fuel cell of 1st Embodiment. 水の飽和蒸気圧曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the saturated vapor pressure curve of water. 第１実施形態の燃料電池温度とウォータポンプのオンオフ制御との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel cell temperature of 1st Embodiment, and the on / off control of a water pump. 第２実施形態の燃料電池の冷却制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the cooling control of the fuel cell of 2nd Embodiment.

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…走行用インバータ、５…走行用モータ、６…Ｗ／Ｐ用インバータ、７…圧縮機用インバータ、８…電圧センサ、９…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、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 ... Driving inverter, 5 ... Driving motor, 6 ... W / P inverter, 7 ... Inverter for compressor, 8 ... Voltage sensor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... 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, 30 ... Hydrogen supply path, DESCRIPTION OF SYMBOLS 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 ... Motor for W / P , 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セル（１００）を複数枚積層した燃料電池（１）と、
前記燃料電池の温度を検出する温度センサ（４７）と、
前記燃料電池（１）に循環する冷却水が通過する冷却水経路（４０）と、
前記冷却水経路（４０）に設けられ、前記燃料電池（１）に冷却水を循環させるための冷却水循環手段（４１、４２）と、
前記冷却水循環手段（４１、４２）の作動を制御する制御手段（５０）とを備え、
前記制御手段（５０）は、前記燃料電池（１）の発電停止後、前記前記燃料電池（１）の温度が、冷却水の循環停止を判断する基準となる冷却水循環停止温度を下回るまで、前記冷却水循環手段（４１、４２）を間欠的に作動させて前記燃料電池（１）に冷却水を循環させ、前記燃料電池（１）の温度が低くなるにしたがって、前記冷却水循環手段（４１、４２）の作動停止時間を長くすることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (1) in which a plurality of fuel cells (100) that generate electricity by electrochemical reaction of an oxidant gas and a fuel gas are stacked;
A temperature sensor (47) for detecting the temperature of the fuel cell;
A cooling water path (40) through which the cooling water circulating to the fuel cell (1) passes;
Cooling water circulation means (41, 42) provided in the cooling water path (40) for circulating cooling water to the fuel cell (1);
Control means (50) for controlling the operation of the cooling water circulation means (41, 42),
The control means (50), after stopping the power generation of the fuel cell (1), until the temperature of the fuel cell (1) is lower than a cooling water circulation stop temperature that is a reference for determining the cooling water circulation stop. The cooling water circulation means (41, 42) is intermittently operated to circulate the cooling water in the fuel cell (1). As the temperature of the fuel cell (1) becomes lower, the cooling water circulation means (41, 42). The fuel cell system is characterized by extending the operation stop time . 前記冷却水循環停止温度が５０℃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 fuel cell system according to claim 1 , wherein the cooling water circulation stop temperature is 50 ° C. 前記冷却水循環停止温度が２０℃であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2 , wherein the cooling water circulation stop temperature is 20 ° C. 前記冷却水を放熱する放熱器（４４）と、前記放熱器（４４）に送風するファン（４３）と、前記放熱器（４４）をバイパスさせるバイパス経路（４５）と、冷却水の流路を前記放熱器（４４）と前記バイパス経路（４５）とに切り替える流路切替弁（４６）とを備え、
前記制御手段（５０）は、前記燃料電池（１）の発電停止時に、前記燃料電池（１）の温度が前記燃料電池（１）を急速に冷却する必要があるか否かを判定する基準となる強制冷却停止温度を上回っている場合に、前記流路切替弁（４６）により冷却水の流路を前記放熱器（４４）側に切り替えるとともに、前記ファン（４３）を作動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。 A radiator (44) that radiates the cooling water, a fan (43) that blows air to the radiator (44), a bypass path (45) that bypasses the radiator (44), and a cooling water flow path A flow path switching valve (46) for switching between the radiator (44) and the bypass path (45),
The control means (50) is configured to determine whether or not the temperature of the fuel cell (1) needs to rapidly cool the fuel cell (1) when power generation of the fuel cell (1) is stopped. The cooling water flow path is switched to the radiator (44) side by the flow path switching valve (46) and the fan (43) is operated when the forced cooling stop temperature is higher. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 .
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